TESIS DE GRADO - dspace.espoch.edu.ecdspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/3707/1/15T00582.pdf · DOBLADORA SEMIAUTOMÁTICA DE TUBOS CUADRADOS DE 50X50X2MM UTILIZADOS COMO

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE MECÁNICA ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA DOBLADORA SEMIAUTOMÁTICA DE TUBOS

CUADRADOS DE 50X50X2MM UTILIZADOS COMO CERCHAS DE LAS ESTRUCTURAS DE CARROCERÍAS

DE BUSES”

BONILLA PANIMBOZA LEVI GIOVANNY ROJAS PLACENCIA FREDDY LEONARDO

TESIS DE GRADO

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO MECÁNICO

RIOBAMBA – ECUADOR

2014

ESPOCH

Facultad de Mecánica

CERTIFICADO DE APROBACIÓN DE TESIS

2013-09-17

Yo recomiendo que la Tesis preparada por:

LEVI GIOVANNY BONILLA PANIMBOZA

Titulada:

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA DOBLADORA

SEMIAUTOMÁTICA DE TUBOS CUADRADOS DE

50X50X2MMUTILIZADOS COMO CERCHAS DE LAS ESTRUCTURAS DE

CARROCERÍAS DE BUSES

Sea aceptada como parcial complementación de los requerimientos para el Título de:

INGENIERO MECÁNICO

Ing. Marco Santillán Gallegos

DECANO DE LA FAC. DE MECÁNICA Nosotros coincidimos con esta recomendación:

Ing. Miguel Aquino Arroba DIRECTOR DE TESIS

Ing. José Paredes Murillo ASESOR DE TESIS

ESPOCH


CERTIFICADO DE APROBACIÓN DE TESIS

2013-09-17

Yo recomiendo que la Tesis preparada por:

FREDDY LEONARDO ROJAS PLACENCIA

Titulada:

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA DOBLADORA

SEMIAUTOMÁTICA DE TUBOS CUADRADOS DE

50X50X2MMUTILIZADOS COMO CERCHAS DE LAS ESTRUCTURAS DE

CARROCERÍAS DE BUSES

Sea aceptada como parcial complementación de los requerimientos para el Título de:

INGENIERO MECÁNICO

Ing. Marco Santillán Gallegos

DECANO DE LA FAC. DE MECÁNICA Nosotros coincidimos con esta recomendación:


Ing. José Paredes Murillo ASESOR DE TESIS

ESPOCH


CERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESIS

NOMBRE DEL ESTUDIANTE: LEVI GYOVANNY BONILLA PANIMBOZA

TÍTULO DE LA TESIS:“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁ QUINA

DOBLADORA SEMIAUTOMÁTICA DE TUBOS CUADRADOS DE

50X50X2MM UTILIZADOS COMO CERCHAS DE LAS ESTRUCTURA S DE

CARROCERÍAS DE BUSES”

Fecha de Examinación: 2014-06-19

RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:

COMITÉ DE EXAMINACIÓN APRUEBA NO APRUEBA

FIRMA

Ing. Víctor Vásconez Velasco PRESIDENTE TRIB. DEFENSA


Ing. José Paredes Murillo ASESOR

* Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.

RECOMENDACIONES:

El Presidente del Tribunal certifica que las condiciones de la defensa se han cumplido.

Ing. Víctor Vásconez Velasco PRESIDENTE DEL TRIBUNAL

ESPOCH


CERTIFICADO DE EXAMINACIÓN DE TESIS

NOMBRE DEL ESTUDIANTE: FREDDY LEONARDO ROJAS PLACENCIA

TÍTULO DE LA TESIS:“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁ QUINA

DOBLADORA SEMIAUTOMÁTICA DE TUBOS CUADRADOS DE

50X50X2MM UTILIZADOS COMO CERCHAS DE LAS ESTRUCTURA S DE

CARROCERÍAS DE BUSES”

Fecha de Examinación: 2014-06-19

RESULTADO DE LA EXAMINACIÓN:

COMITÉ DE EXAMINACIÓN APRUEBA NO APRUEBA

FIRMA

Ing. Víctor Vásconez Velasco PRESIDENTE TRIB. DEFENSA


Ing. José Paredes Murillo ASESOR

* Más que un voto de no aprobación es razón suficiente para la falla total.

RECOMENDACIONES:

El Presidente del Tribunal certifica que las condiciones de la defensa se han cumplido.

Ing. Víctor Vásconez Velasco PRESIDENTE DEL TRIBUNAL

DERECHOS DE AUTORÍA

El trabajo de grado que presentamos, es original y basado en el proceso de investigación

y/o adaptación tecnológica establecido en la Facultad de Mecánica de la Escuela

Superior Politécnica de Chimborazo. En tal virtud, los fundamentos teóricos -

científicos y los resultados son de exclusiva responsabilidad de los autores. El

patrimonio intelectual e industrial le pertenece a la Escuela Superior Politécnica de

Chimborazo.

Levi Giovanny Bonilla PanimbozaFreddy Leonardo Rojas Placencia

DEDICATORIA

Todo trabajo concluido con satisfacción es fruto del esfuerzo del día a día, pero esto se

lo hace gracias al apoyo de un grupo de colaboradores.

Por tal razón este logro quiero dedicarle a dios por darme el entendimiento, a toda mi

familia, de manera muy especial a mi esposa Verónica y a mi hija Nicole por compartir

juntos todos los días las dificultades que se me presentan en la vida cotidiana que con su

amor y confianza lo podemos superar, a mis hermanos Javier, Gabriela y a mis padres

Hilda y Juan por su gran ayuda durante mi carrera estudiantil e inculcar valores de

responsabilidad, respeto y sinceridad.

LeviBonilla Panimboza

A Dios, por darme la vida y por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi

corazón e iluminar mi mente para alcanzar las metas que me propongo.

Mis padres Marco Rojas y Fabiola Placencia, por darme la vida y siempre apoyarme

durante mi vida estudiantil, A mi esposa e hijo Anthony porque son la fuerza que me

impulsa a ser mejor cada día y siempre estar conmigo brindándome todo el apoyo. A

mis hermanos, Danny, Fernando y Gabriela, por apoyarme siempre y estar en los

momentos más difíciles de mi vida.

Freddy Rojas Placencia

AGRADECIMIENTO

A la Escuela de Ingeniería de Mecánica ya que en sus aulas hemos aprendido valores

para nuestra formación como seres humanos de bien además de ayudarnos a formarnos

como excelentes profesionales para ser útiles a la sociedad y poder servir al país.

También de manera muy especial a los Ingenieros Miguel Aquino y José Paredes,

distinguidos y muy capacitados docentes, ya que siempre estuvieron gustosos en

impartirme sus conocimientos científicos y también su experiencia para ayudarme a

desarrollar y sacar adelante este trabajo.

Levi Bonilla Panimboza

El más sincero agradecimiento a la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, en

especial a la Escuela de Ingeniería Mecánica, por brindarnos la oportunidad de obtener

una profesión.

A los ingenieros Miguel Aquino y José Paredes, quienes supieron siempre brindar una

guía para lograr concluir el presente trabajo de tesis.

A mi familia quien me apoyó en todo momento emocional y económicamente durante

todo este proceso de formación como profesionales.

Freddy Rojas Placencia

CONTENIDO

Pág. 1.

INTRODUCCIÓN

1

1.1 Antecedentes………………………………………………………… 1 1.2 Justificación…………………………………………………………. 1 1.3 Objetivos…………………………………………………………...... 2 1.3.1 Objetivo general…………………………………………………….. 2 1.3.2 Objetivos específicos………………………………………………... 2 2.

MARCO TEÓRICO

3

2.1 Marco conceptual……………………………………………………. 3 2.2 Marco teórico……………………………………………………....... 3 2.2.1 Carrocerías de buses………………………………………………... 3 2.2.2 Estructura de una carrocería de bus………………………………... 4 2.2.3 Espacio de sobrevivencia en una carrocería de bus………………... 4 2.2.4 Las cerchas de una estructura de bus……………………………...... 5 2.2.5 Tipos de cerchas para carrocerías………………………………...... 6 2.2.5.1 Cerchas en tubo cuadrado galvanizado…………………………….. 6 2.2.5.2 Cerchas en tubo rectangular………………………………………... 7 2.2.5.3 Cerchas tipo omega con plancha perfilada…………………………. 7 2.2.6 Perfil estructural más utilizado en carrocerías de buses…………… 7 2.2.7 Tubo estructural cuadrado………………………………………….. 7 2.2.7.1 Especificaciones generales………………………………………...... 8 2.2.7.2 Aplicaciones…………………………………………………………. 8 2.2.7.3 Norma interna……………………………………………………...... 8 2.2.7.4 Nomenclatura……………………………………………………….. 8 2.2.8 Fundamentos de doblado de metales…………………………........... 9 2.2.9 Doblado de tubos…………………………………………………..... 10 2.2.10 Técnicas de curvado………………………………………………… 11 2.2.11 Técnicas de doblado de tubos……………………………………….. 12 2.2.11.1 Doblado por estiramiento………………………………………….... 12 2.2.11.2 Doblado a tracción…………………………………………….......... 13 2.2.11.3 Doblado a compresión………………………………………………. 13 2.2.11.4 Doblado en prensa o por flexión pura………………………………. 14 2.2.11.5 Doblado a rodillos…………………………………………………... 14 2.2.11.6 Doblado por jalado y rotatorio……………………………………... 15 2.2.12 Máquinas curvadoras……………………………………………….. 16 2.2.12.1 Máquinas curvadoras manuales…………………………………….. 16 2.2.12.2 Máquinas curvadoras automatizadas……………………………….. 16 2.2.13 Selección de la alternativa más adecuada para la construcción de

la máquina dobladora……………………………………………….. 17

2.2.13.1 Caja negra…………………………………………………………... 17 2.2.13.2 Estructura funcional……………………………………………….... 18 2.2.13.3 Generación de alternativas………………………………………...... 20

2.2.13.4 Metodología de evaluación y resultados……………………………. 20 2.2.13.5 Matriz morfológica………………………………………………….. 21 2.2.13.6 Puntaje y criterios de evaluación para la matriz de proyección……. 21 2.2.13.7 Criterios de evaluación para la matriz de proyección……………… 22 2.2.13.8 Puntaje y criterios de evaluación para la matriz…………………… 24 2.2.13.9 Conceptos solución………………………………………………….. 26 2.2.13.10 Evaluación de las rutas de solución……………………………….... 28 2.2.13.11 Esquema de la alternativa seleccionada..………………………....... 31 3.

DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

32

3.1 Plasticidad elemental………………………………………………... 32 3.1.1 Deformación plástica………………………………………………... 32 3.1.2 Recuperación elástica……………………………………………….. 32 3.1.3 Momento flector……………………………………………………... 33 3.1.4 Diagramas de cuerpo libre, fuerza cortante y momento

flexionante…………………………………………………………………... 34

3.2 Sistemas que componen la máquina dobladora de cerchas…………. 35 3.2.1 Bastidor y estructura soporte de accesorios del sistema hidráulico,

eléctrico y transmisión……………………………………………..... 36

3.2.1.1 Bastidor……………………………………………………………… 36 3.2.1.2 Estructura de soporte del sistema hidráulico, eléctrico y

transmisión………………………………………………………….. 36

3.2.2 Sistema de sujeción y curvado………………………………………. 36 3.2.2.1 Brazo curvador…………………………………………………...…. 36 3.2.2.2 Prensas……………………………………………………………… 37 3.2.2.3 Riel de la curva base………………………………………………… 37 3.2.3 Sistema eléctrico…………………………………………………...... 38 3.2.3.1 Palancas trifásicas (breque)……………………………………........ 39 3.2.3.2 Conductores eléctricos……………………………………………… 39 3.2.3.3 Panel de control………………………………………………........... 40 3.2.3.4 Motor eléctrico…………………………………………………….... 40 3.2.4 Sistema hidráulico…………………………………………………... 43 3.2.4.1 Depósito o tanque de aceite…………………………………………. 44 3.2.4.2 Bomba hidráulica…………………………………………………… 46 3.2.5 Cilindro hidráulico………………………………………………….. 49 3.2.6 Válvula direccional………………………………………………….. 50 3.2.6.1 Válvulas unidireccionales…………………………………………… 50 3.2.6.2 Válvulas direccionales de dos vías………………………………….. 51 3.2.7 Mangueras de presión………………………………………………. 51 3.2.8 Fluido hidráulico……………………………………………………. 51 3.2.8.1 Vida útil del aceite hidráulico………………………………………. 52 3.2.8.2 Filtro de aceite………………………………………………............. 52 3.2.9 Manómetro…………………………………………………………... 52 3.2.10 Sistema de transmisión………………………………………............ 53 3.2.11.1 Bandas de transmisión………………………………………………. 53 3.2.11.2 Poleas……………………………………………………………...... 58 4.

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE LA MÁQUINA

61

4.1 Dimensionamiento del riel base……………………………………... 61

4.2 Dimensionamiento del brazo formador de la curva…………………. 62 4.3 Cálculo de la fuerza necesaria para doblar un tubo en la curva……... 64 4.4 Cálculo y selección del cilindro hidráulico de doble efecto………… 67 4.4.1 Presión real del cilindro…………………………………………….. 71 4.5 Diseño de los componentes del brazo curvador…………………….. 71 4.5.1 Diseño del tornillo de potencia……………………………………… 71 4.5.2 Diseño del brazo…………………………………………………...... 93 4.5.3 Diseño de rodillo……………………………………………………. 94 4.5.4 Diseño de la media caña…………………………………………….. 96 4.6 Diseño de las prensas………………………………………………... 98 4.6.1 Dimensionamiento de la prensa…………………………………….. 98 4.6.2 Diseño del tornillo de la prensa…………………………………….. 99 4.6.3 Diseño de la media caña de la prensa………………………………. 111 4.7 Diseño del bastidor………………………………………………….. 113 4.7.1 Los parantes…………………………………………………………. 114 4.7.2 Las bases…………………………………………………………...... 116 4.8 Selección del motor eléctrico…………………………………........... 118 4.8.1 Circuito eléctrico del motor…………………………………………. 119 4.9 Sistema de transmisión……………………………………………… 120 4.9.1 Selección de la banda……………………………………………….. 120 4.9.2 Cálculo y selección de las poleas…………………………………… 121 4.9.2.1 Determinación del diámetro de la polea conducida………………… 122 4.9.2.2 Selección de las poleas……………………………………………… 122 4.9.2.3 Distancia entre centros…………………………………………........ 123 4.9.2.4 Longitud de la banda………………………………………………... 124 4.9.2.5 Ángulo de contacto de la banda con la polea menor……………….. 126 4.9.2.6 Potencia transmitida efectiva por la banda…………………………. 126 4.9.2.7 Calculo del número de bandas…………………………………………… 128 4.9.2.8 Velocidad de la banda…………………………………………………….. 129 4.9.2.9 Factor de seguridad…………………………………………………. 130 4.9.2.10 Fuerza transmitida por las bandas………………………………….. 131 4.9.2.11 Número de pasadas………………………………………………….. 135 4.10 Cálculo y diseño del sistema hidráulico…………………………….. 136 4.10.1 Selección de la bomba hidráulica…………………………………… 137 4.11.1.1 Calculo del caudal real que eroga la bomba……………………….. 139 4.10.2 Selección de la válvula direccional…………………………………. 139 4.10.3 Selección de las mangueras…………………………………………. 140 4.10.4 Diseño del depósito o tanque hidráulico……………………………. 141 4.10.5 Tiempo real de salida del vástago del cilindro……………………... 142 4.11 Diseño de la estructura soporte de accesorios del sistema eléctrico,

hidráulico y transmisión…………………………………………….. 143

5.

CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE DE LA MÁQUINA

144

5.1 Infraestructura……………………………………………………….. 144 5.2 Máquinas herramientas……………………………………………… 144 5.3 Herramientas manuales……………………………………………… 144 5.4 Instrumentos de medición y verificación……………………………. 145 5.5 Equipos y accesorios………………………………………………… 145 5.6 Materia prima………………………………………………………... 146

5.7 Insumos y consumibles……………………………………………… 146 5.8 Detalle de la construcción…………………………………………… 146 5.8.1 Curso grama de construcción de los componentes de la máquina…. 148 5.8.1.1 Construcción del bastidor…………………………………………… 149 5.8.1.2 Construcción del sistema de sujeción y curvado……………………. 149 5.8.1.3 Construcción del brazo curvador…………………………………… 150 5.8.1.4 Construcción de las cañas desmontables…………………………… 150 5.8.1.5 Sistema de transmisión……………………………………………… 151 5.8.1.6 Sistema eléctrico…………………………………………………….. 151 5.9 Montaje de los elementos de la dobladora…………………………... 152 5.9.1 Curso grama de montaje de la dobladora…………………………… 152 6.

PRUEBAS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

154

6.1 Informes de pruebas de campo……………………………………… 154 6.1.1 Informe de prueba de funcionamiento N° 01………………………... 154 6.1.1.1 Datos informativos…………………………………………………... 154 6.1.1.2 Objetivos…………………………………………………………….. 154 6.1.1.3 Herramientas y materiales utilizados……………………………….. 154 6.1.1.4 Análisis……………………………………………………………… 155 6.1.2 Informe de prueba de funcionamiento N° 02………………………... 155 6.1.2.1 Datos informativos…………………………………………………... 155 6.1.2.2 Objetivos…………………………………………………………….. 155 6.1.2.3 Herramientas y materiales………………………………………….. 156 6.1.2.4 Análisis……………………………………………………………… 156 6.1.3 Informe de prueba de funcionamiento N° 03………………………... 156 6.1.3.1 Datos informativos…………………………………………………... 156 6.1.3.2 Objetivos…………………………………………………………….. 156 6.1.3.3 Herramientas y materiales………………………………………….. 157 6.1.3.4 Análisis……………………………………………………………… 157 6.1.4 Informe de prueba de funcionamiento N° 04………………………... 157 6.1.4.1 Datos informativos…………………………………………………... 157 6.1.4.2 Objetivos…………………………………………………………….. 157 6.1.4.3 Herramientas y materiales………………………………………….. 158 6.1.4.4 Análisis……………………………………………………………… 158 6.2 Análisis y discusión de resultados…………………………………... 158 7.

MANUAL DE OPERACION Y PLAN DE MANTENIMIENTO

159

7.1 Manual de operaciones para el usuario……………………………… 159 7.1.1 Operación…………………………………………………………… 159 7.1.2 Requerimientos que debe tenerse en cuenta para operar la máquina 159 7.1.3 Pasos que se deben seguir para operar la máquina………………… 160 7.2 Plan de mantenimiento……………………………………………… 160 7.2.1 Mantenimiento………………………………………………………. 160 7.2.2 Frecuencia del mantenimiento……………………………………… 161 8.

ANALISIS ECONÓMICO- FINANCIERO

162

8.1 Recursos……………………………………………………………... 162 8.2 Recursos institucionales……………………………………………... 162 8.3 Análisis de costos…………………………………………………… 162

BIBLIOGRAFÍA ANEXOS PLANOS

8.3.1 Costos directos………………………………………………………. 162 8.3.1.1 Costos de materia prima…………………………………………….. 162 8.3.1.2 Materiales directos………………………………………………….. 168 8.3.1.3 Materiales consumibles……………………………………………... 169 8.3.1.4 Costo de mano de obra……………………………………………… 170 8.3.1.5 Costo de equipos y herramientas……………………………………. 170 8.3.1.6 Costo de equipos de protección personal…………………………… 171 8.3.1.7 Costos por transporte de materiales………………………………… 171 8.3.1.8 Valor total de costos directos……………………………………….. 171 8.3.2 Costos indirectos……………………………………………………. 172 8.3.3 Costos totales………………………………………………………... 172 8.3.4 Presupuesto requerido………………………………………………. 172 8.3.5 Costos por operación y mantenimiento……………………………... 172 8.4 Salvamento de la dobladora…………………………………………. 174 8.5 Depreciación de la dobladora……………………………………….. 175 8.5.1 Método de la línea recta…………………………………………….. 175 8.6 Cálculo del valor actual neto………………………………………... 177 8.7 Cálculo de la tasa interna de retorno…………………........................ 178 9.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

180

9.1 Conclusiones………………………………………………………… 180 9.2 Recomendaciones…………………………………………………… 181

LISTA DE TABLAS

Pág. 1 Propiedades del tubo estructural cuadrado………………………………….. 9 2 Puntuación para evaluación…………………………………………………. 21 3 Criterios de evaluación……………………………………………………… 22 4 Criterios de evaluación para técnica de curvado……………………………. 22 5 Criterios de evaluación para aplicación de la fuerza de curvado…………… 23 6 Criterios de evaluación para utillajes……………………………………….. 23 7 Puntuación para evaluación…………………………………………………. 24 8 Puntuación para evaluación relativa………………………………………… 25 9 Criterios de evaluación……………………………………………………… 29 10 Puntuación de conceptos……………………………………………………. 29 11 Puntuación de conceptos……………………………………………………. 29 12 Clasificación de bombas…………………………………………………….. 47 13 Perfiles normalizados correa trapezoidal……………………………………. 55 14 Cargas Q de tensado………………………………………………………… 57 15 Coeficientes C1 y C2………………………………………………………... 58 16 Desplazamientos mínimos para el montaje…………………………………. 60 17 Selección del cilindro de doble efecto………………………………………. 69 18 Valor de ∅ para tuercas……………………………………………………... 73 19 Valores para resistencia al desgaste………………………………………… 73 20 Principales dimensiones de las roscas Acme americana estándar…………... 74 21 Coeficientes Wi y Wo para roscas estándar………………………………... 80 22 Altura de trabajo del filete roscas estándar………………………………….. 82 23 Factores de concentración de esfuerzos por fatiga………………………….. 85 24 Constantes del factor de superficie………………………………………….. 89 25 Factor de tamaño y forma………………………………………………….... 89 26 Factor de confiabilidad……………………………………………………… 90 27 Factor de temperatura……………………………………………………….. 90 28 Motores trifásicos WEG…………………………………………………….. 119 29 Diámetro recomendado de polea conductora……………………………….. 121 30 Diámetro recomendado de polea conductora……………………………….. 121 31 Selección de diámetro de poleas conducida y conductora………………….. 123 32 Poleas seleccionadas………………………………………………………… 123 33 Longitud primitiva de correas trapezoidales………………………………... 125 34 Factor por razón de transmisión ku…………………………………………. 127 35 Factores de cálculo k1, k2, k3 y k4 en base al perfil de la banda…………… 127 36 Coeficiente de arco de contacto……………………………………………... 128 37 Coeficiente de corrección por longitud de banda…………………………… 129 38 Selección de la banda……………………………………………………….. 130 39 Factor de servicio…………………………………………………………… 131 40 Factor Kc……………………………………………………………………. 132 41 Factor de esfuerzo de tensión máxima……………………………………… 134 42 Parámetros de durabilidad de la banda k y b………………………………... 135 43 Selección de la bomba hidráulica…………………………………………... 139 44 Selección de válvula direccional……………………………………………. 139

45 Curvas de válvula direccional………………………………………………. 140 46 Selección de la manguera…………………………………………………... 141 47 Operaciones tecnológicas de la construcción de la máquina………………... 146 48 Nomenclaturas de operaciones tecnológicas………………………………... 148 49 Tiempos utilizados en las máquinas herramientas, herramientas manuales y

mano de obra……………………………………………………………....... 152

50 Operaciones tecnológicas del montaje de la dobladora…………………….. 152 51 Proceso de operación de la máquina………………………………………... 160 52 Manual de mantenimiento…………………………………………………... 161 53 Costos de fabricación del sistema de sujeción y curvado…………………… 163 54 Costos de estructura metálica soporte………………………………………. 165 55 Costos de fabricación del sistema eléctrico…………………………………. 166 56 Costos de fabricación del sistema hidráulico……………………………….. 167 57 Costos del sistema de transmisión…………………………………………... 167 58 Costo de materiales directos………………………………………………… 168 59 Costo de materiales consumibles……………………………………………. 169 60 Costo de mano de obra……………………………………………………… 170 61 Costo de equipos y herramientas……………………………………………. 170 62 Costo de equipos de protección personal…………………………………… 171 63 Costos totales directos………………………………………………………. 171 64 Costos totales indirectos…………………………………………………….. 172 65 Depreciación anual de la dobladora………………………………………… 176 66 Flujo de caja………………………………………………………………… 176 67 Interés compuesto…………………………………………………………… 178

LISTA DE FIGURAS

Pág. 1 Carrocería de bus…………………………………………………………... 3 2 Estructura de una carrocería de bus……………………………………….. 4 3 Vista transversal del espacio de supervivencia……………………………. 5 4 Vista longitudinal del espacio de supervivencia…………………………... 5 5 Vista de cerchas de buses………………………………………………….. 6 6 Carrocería con cerchas en tubos cuadrados……………………………….. 6 7 Carrocería con cerchas en tubos rectangulares……………………………. 7 8 Carrocería con cerchas de plancha perfilada tipo omega………………….. 7 9 Tubo estructural cuadrado…………………………………………………. 7 10 Nomenclatura del tubo estructural cuadrado………………………………. 9 11 La naturaleza de un doblez metálico………………………………………. 9 12 Diagrama esfuerzo deformación unitario para el acero…………………… 10 13 Términos en el doblado de un tubo………………………………………... 11 14 Curvado por compresión y tracción……………………………………….. 11 15 Curvado por rodillo y brazo giratorio……………………………………... 12 16 Doblado por estiramiento…………………………………………….......... 12 17 Doblado a tracción………………………………………………………… 13 18 Doblado a compresión……………………………………………………... 13 19 Doblado en prensa o por flexión pura……………………………………... 14 20 Doblado a 3 rodillos……………………………………………………….. 15 21 Doblado por jalado y rotatorio…………………………………………….. 15 22 Máquina dobladora manual………………………………………………... 16 23 Máquina dobladora automatizada…………………………………………. 17 24 Caja negra………………………………………………………………….. 17 25 Caja transparente…………………………………………………………... 18 26 Matriz morfológica……………………………………………………….... 21 27 Matriz morfológica de selección…………………………………………... 27 28 Esquema tentativo de la máquina a construirse…………………………… 31 29 Deformación plástica del metal……………………………………………. 32 30 Recuperación platica del metal……………………………………………. 32 31 Curva de recuperación elástica…………………………………………….. 33 32 Diagrama de cuerpo libre………………………………………………….. 34 33 Diagrama de fuerza cortante………………………………………………. 34 34 Diagrama momentoflexionante…………………………………………… 34 35 Estructura soporte………………………………………………………….. 36 36 Brazo curvador…………………………………………………………….. 37 37 Prensa……………………………………………………………………… 37 38 Riel de la curva base……………………………………………………..... 38 39 Circuito eléctrico tentativo para la máquina……………………………..... 39 40 Motor eléctrico…………………………………………………………….. 40 41 Partes del motorelétrico…………………………………………………… 40 42 Conexión eléctrica en delta………………………………………………... 42 43 Conexión eléctrica en estrella……………………………………………... 43 44 Sistema hidráulico…………………………………………………………. 44

45 Depósito de aceite………………………………………………………..... 44 46 Depósito de aceite hidráulico presurizado………………………………… 45 47 Depósito de aceite hidráulico no presurizado……………………………... 46 48 Simbología del depósito aceite…………………………………………….. 46 49 Bomba hidráulica………………………………………………………….. 47 50 Bomba centrífuga………………………………………………………….. 48 51 Bomba reciprocante……………………………………………………….. 48 52 Partes del cilindro hidráulico……………………………………………… 49 53 Válvula de accionamiento mecánico manualmente……………………...... 50 54 Manguera de presión………………………………………………………. 51 55 Manómetro de Bourdon………………………………………………….... 53 56 Esquema de una correa trapezoidal………………………………………... 55 57 Elementos de correa trapezoidal…………………………………………... 56 58 Esquema de montaje de una transmisión por correa………………………. 56 59 Identificación de la correa trapezoidal…………………………………….. 58 60 Polea de 2 canales…………………………………………………………. 58 61 Colocación de la correa en el canal de la polea…………………………… 59 62 Ajuste de la distancia entre poleas………………………………………… 60 63 Diagrama de una cercha de bus……………………………………………. 61 64 Riel base formador de la cercha…………………………………………… 62 65 Perímetro de la curva de una cercha de bus……………………………….. 62 66 Media caña del brazo formador……………………………………………. 63 67 Rodillo giratorio…………………………………………………………… 63 68 Brazo curvador…………………………………………………………….. 64 69 Diagrama de fuerzas……………………………………………………….. 65 70 Diagrama de cuerpo libre de fuerzas………………………………………. 65 71 Triángulo formado con la fuerza P………………………………………… 66 72 Triángulo para el cálculo del ángulo θ…………………………………….. 66 73 Cilindro doble efecto………………………………………………………. 69 74 Tornillo que aprieta el rodillo……………………………………………... 71 75 Variantes que intervienen en un tornillo de potencia……………………… 72 76 Longitud de la tuerca………………………………………………………. 75 77 Coeficiente de fricción…………………………………………………….. 77 78 Estados de esfuerzos en la raíz del filete…………………………………... 84 79 Fuerzas aplicadas al brazo…………………………………………………. 93 80 Mallado del brazo………………………………………………………….. 93 81 Análisis del brazo…………………………………………………………. 94 82 Tornillo que aprieta el rodillo……………………………………………... 94 83 Fuerzas aplicadas en el rodillo…………………………………………….. 94 84 Mallado del rodillo………………………………………………………… 95 85 Análisis del rodillo……………………………………………………….... 95 86 Factor de seguridad del rodillo…………………………………………….. 95 87 Fuerzas aplicadas a la media caña…………………………………………. 96 88 Mallado del rodillo………………………………………………………… 96 89 Análisis del rodillo………………………………………………………… 97 90 Factor de seguridad del rodillo…………………………………………….. 97 91 Ubicación de prensas………………………………………………………. 98 92 Prensa……………………………………………………………………… 98 93 Tornillo de la prensa……………………………………………………….. 99

94 Fuerza que actúa en la prensa número 5………………………………....... 99 95 Fuerza que actúa en la prensa número 4…………………………………... 100 96 Reacciones en las prensas número 4 y prensa número 5………………….. 101 97 Cojinetes de empuje para una prensa de tornillo………………………….. 104 98 Dimensionamiento de la media caña de la prensa………………………… 111 99 Fuerzas aplicadas a la media caña de la prensa……………………………. 112 100 Mallado de la media caña de la prensa…………………………………….. 112 101 Análisis del brazo………………………………………………………….. 113 102 Tornillo que aprieta el rodillo……………………………………………... 113 103 Bastidor……………………………………………………………………. 114 104 Dimensionamiento de los parantes del bastidor…………………………… 114 105 Fuerzas aplicadas en los parantes del bastidor…………………………….. 115 106 Mallado de los parantes del bastidor………………………………………. 115 107 Análisis de los parantes del bastidor………………………………………. 115 108 Factor de seguridad de los parantes del bastidor…………………………... 116 109 Dimensionamiento de las bases del bastidor………………………………. 116 110 Fuerzas aplicadas a las bases del bastidor…………………………………. 117 111 Mallado de las bases del bastidor………………………………………….. 117 112 Análisis de las bases del bastidor………………………………………….. 117 113 Factor de seguridad de las bases del bastidor……………………………… 118 114 Circuito de potencia……………………………………………………….. 119 115 Selección de la sección de la banda……………………………………….. 120 116 Selección de bandas en V industrial de sección angosta…………………... 120 117 Sistema de transmisión por bandas………………………………………... 124 118 Diagrama hidráulico……………………………………………………..… 137 119 Modelación estructura……………………………………………………... 143 120 Análisis estructura……………………………………………………….… 143 121 Construcción del bastidor………………………………………………….. 149 122 Construcción del sistema de sujeción y curvado…………………………... 149 123 Construcción del brazo curvador………………………………………….. 150 124 Construcción de las medias cañas…………………………………………. 150 125 Construcción de la polea motriz…………………………………................ 151 126 Construcción de la caja de control………………………………………… 151 127 Montaje total de la máquina……………………………………………….. 153 128 Diagrama de evaluación financiera………………………………………... 177 129 Interés vs. VAN……………………………………………………………. 178

SIMBOLOGÍA

� Presión Bares

� Área del cilindro

D Diámetro del cilindro

�v Diámetro del vástago del cilindro

� Deformación unitaria

� Fuerza del rodillo N

�� Fuerza de avance N

��etorno Fuerza de retorno N

� Caudal l/min

� Velocidad de salida del vástago mm/s

� Tiempo

�� Fuerza del cilindro N

LISTA DE ABREVIACIONES

AISI American Iron and Steel Institute (Instituto Americano de Hierro y Acero)

ASME American Society of MechanicalEngineers (Sociedad Americanade Ingenieros

Mecánicos)

ASTM American SocietyforTesting and Materials (Sociedad Americana para la Evaluación y

Materiales)

AWS American WeldingSociety (Sociedad Americana de Soldadura)

ISO Organización Internacional de Normalización

INEN Instituto Nacional Ecuatoriano de Normalización

EPPs Equipo de protección personal

LISTA DE ANEXOS

A Datos técnicos del tubo estructural cuadrado

B Datos técnicos del cilindro hidráulico

C Datos técnicos del acero AISI 4340

D Fotografías de la construcción de la máquina

RESUMEN

El diseñado y construcción de la máquina dobladora semiautomática de tubos cuadrados

de 50x50x2mm utilizados como cerchas de las estructuras de carrocerías de buses para

la empresa Carrocerías Altamirano de Ambato, tiene como objeto automatizar con un

sistemahidráulico el doblado del tubo que permite reducir tiempos de ejecución, costos

de fabricación;y, enfermedades laborales.

La organización paradesarrollar el estudio utiliza metodología y herramientas de

investigación e inicia con un diagnóstico de necesidades para el mejoramiento del

procesoidentificando una solución establecida en la de técnica de doblado con la

metodología de PahlBeitz; por lo que se procedió al diseño yconstrucciónprevio al

dimensionamiento, la modelación matemática y elementos finitos y determinación de

los componentes. Las fases de construcción se especifican en construcción del bastidor

de la máquina,sistema de sujeción y curvado, sistema hidráulico, sistema eléctrico y

sistema de transmisión.

Para la construcción y montaje de la máquina se elaboró una guía de las operaciones

tecnológicas realizadas para luego a través de los curso gramas determinar el tiempo

total utilizado. Las pruebas de funcionamiento dieron como resultado que la máquina se

encuentra estructurada y ensamblada en base a las normas, garantizando el óptimo

funcionamiento y la calidad esperada. El procedimiento para realizar las pruebas se basa

enuna guía de operación, verificación y manipulación.Además, se incluye un manual de

operación y plan de mantenimiento que permitirá el buen uso y conservación del bien.

La investigación tiene un costo de 6.837,12 U.S.D, y facilita a que en el futuro pueda

realizar otras funciones adaptables con nuevas tecnologías, abriendo posibilidades de

otros estudios tecnológicos. La máquina dobladora se encuentra funcionando en la

empresa generando beneficio y apoyando el desarrollo productivo en el país.Su diseño y

construcción es único, personalizado y de fácil adquisición por su costo.

ABSTRACT

The design and construction of the semi-automatic square-tube bending 50x50x2mm

machine used as truss of the bus body structure for the Altamirano Automobile body

Structure Company, The objective is to automate the tube bending with a hydraulic

system allowing reducing time operation, manufacturing cost and occupational diseases.

The organization to develop the study used methodology and tools research and started

with the needs diagnosis for improving the process identifying a solution established in

the bending technique with the PalhBeitz; design methodology; followed by the design

and construction previous dimensioning, mathematical modeling, finite elements and

component determination. The construction phases are specified in the construction of

body-on-frame, bolting and bending system, hydraulic system, electrical system and

transmission system.

For the construction and assembly machine was elaborated a technological operational

guide and them through a flowchart determine the total time spent. The operational test

resulted in the machine is structured and assembled in basis of standards, ensuring the

optimal performance and the quality expected. The procedure for performing test is

based in an operational guide, verification and manipulation. Moreover, an operational

guide and maintenance plan are included which will allow both the correct use and keep

in good condition of the machine.

The cost of the research is 6.832,20 U.S.D, which facilitates in the future can perform

other functions adaptable with new technologies, opening up possibilities of other

technological studies. The bending machine is found operating in the company

generating benefit and support the productive development of the country. Its design

and construction is unique, customized and by its cost easy to purchase.

- 1 -

CAPÍTULO I

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes

Las fábricas de carrocerías metálicas para buses procuran en su diseño y construcción

brindar comodidad y seguridad para sus usuarios, requisitos que se encuentran

establecidos en las normas técnicas ecuatorianas INEN, por lo que el sector carrocero se

encuentra preocupado por cumplir con todas las exigencias y a la vez innovar los

diferentes procesos constructivos que marquen la diferencia ante el creciente nivel de

competitividad del sector a nivel nacional e internacional.

1.2 Justificación

Esta necesidad tiene su origen en Carrocerías Altamirano de la ciudad de Ambato una

empresa dedicada a la construcción de carrocerías para buses.En la construcción de

carrocerías para lograr mayor seguridad se ha determinado que las cerchas de tubo

cuadrado de 50x50x2mm deben ser doblado a un radio determinado, para que el

material no pierda sus propiedades y de esta manera, por la uniformidad del doblado se

garantice un mejor acabado.

Este proyecto persigue que los materiales utilizados específicamente en la construcción

de cerchas utilizadas en la estructura de una carrocería de buses pierdan sus propiedades

en lo menos posible; para esto es necesario automatizar por intermedio de sistemas

hidráulicos el proceso de doblado, este es el objetivo de la tesis.

Por medio de la construcción de esta máquina también se pretende aumentar la

productividad y disminuir los costos de mano de obra a un 50% ya que generalmente

este proceso se lo realiza manualmente con la utilización de 4 personas, pero con este

nuevo sistema a implementarse se lo reducirá a 2 personas que serían el operario y un

ayudante.

-2-

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo general. Diseñar y construir una máquina dobladora semiautomática

de tubos cuadrados de 50x50x2mm utilizados como cerchas de las estructuras de

carrocerías de buses.

1.3.2 Objetivos específicos:

Estudiar los tipos de dobladoras y determinar la alternativa adecuada.

Describir los elementos de la dobladora seleccionada.

Diseñar los sistemas y mecanismos de la dobladora.

Seleccionar los elementos de los sistemas de la mmáquina.

Construir la máquina.

Realizar el montaje de la máquina.

Realizar pruebas de funcionamiento de la máquina.

Elaborar el manual de operación y mantenimiento.

Realizar el estudio económico – financiero.

-3-

CAPÍTULO II

2. MARCO TEÓRICO

2.1 Marco conceptual

Carrocería. Conjunto de estructuras, elementos de seguridad y confort que se adiciona

al chasis de forma fija, para el transporte de personas.(NTE INEN 1323 , 2009)

Elcurvado. La norma DIN 8582 define el curvado como el proceso de deformación

plástica o permanente que sufre un material tras aplicar sobre el mismo un determinado

esfuerzo flector. El curvado se efectúa en frío, ya que sólo los espesores muy gruesos

requieren un calentamiento previo. (BUSTAMANTE, Héctor Daniel, 2010)

2.2 Marco teórico

2.2.1 Carrocerías de buses. La carrocería es el armazón del bus formado por

perfiles y planchas metálicas unidas entre sí, cuyo interior se destina para los

habitáculos de los pasajeros.(ANDRADE, García Luis, MÉNDEZ, Canching Pablo,

2012)

Figura 1. Carrocería de bus

Fuente: http://www.antala.com/m_docs/BETAPRIME_5404.pdf

La carrocería es un elemento importante de seguridad pasiva, ya que en caso de colisión

-4-

absorbe la mayor cantidad de energía posible. El diseño de todas las carrocerías se

basan en disipar desaceleraciones superiores a las que puede soportar el cuerpo

humano.(Sistem Cover, 2013)

Actualmente para diseñar una estructura metálica de un bus se debe tomar muy en

cuenta las condiciones de carga dinámicas y a las que va a estar sometida en caso de un

accidente, por ejemplo la carrocería de un bus interprovincial tiene que ser más robusta

que la de un bus urbano.

2.2.2 Estructura de una carrocería de bus. El compartimiento ocupado por viajeros

y conductor debe ser capaz de soportar impactos de cierto nivel y conservar, después de

la deformación, un espacio residual de supervivencia. Hasta la fecha se ha trabajado

principalmente en resistencia lateral al vuelco, en la actualidad, ante la problemática de

accidentes existentes, se están desarrollando proyectos donde se investiga el impacto

frontal en especial el puesto de conductor y acompañante. (Ing. LÓPEZ, Gonzalo, 2012)

Figura 2. Estructura de una carrocería de bus

Fuente: Autores

2.2.3 Espacio de sobrevivencia en una carrocería de bus. Es el volumen que se

obtiene en el compartimiento de ocupantes, desplazando en línea recta el plano vertical

indicado en la Figura 3 de manera que se pase el punto SR de la Figura 4 desde el punto

SR del ultimo asiento exterior a través del punto SR de cada asiento exterior intermedio

hasta el punto SR del primer asiento exterior del ocupante (2).

El objeto de las figuras 3 y 4 es indicar las dimensiones en milímetros del espacio de

-5-

supervivencia. Las figuras 3 y 4 no están relacionadas con una forma geométrica o

distribución de asientos especifica en las carrocerías.(NTE INEN 1323 , 2009)

Figura 3. Vista transversal del espacio de supervivencia

Fuente: INEN NTR 1323:2009, pág. 1

Figura 4. Vista longitudinal del espacio de supervivencia

Fuente: INEN NTR 1323:2009, pág. 3

2.2.4 Las cerchas de una estructura de bus. Las cerchas o cimbras de los techos de

los buses deben ir colocadas con separaciones convenientes entre ellas. Así, cuando el

vehículo se vira o se vuelca la carrocería no se deforma ni se rompa sino se convierta en

una especie de “caja de seguridad”.

Figura 5. Vista de cerchas de buses

-6-

Fuente: Autores

Para la fabricación de las cerchas de las carrocerías de buses, cada empresa carrocera

tiene su método, técnica y la utilización de un determinado tipo de perfil estructural

protegido contra la corrosión que cumpla con las NTE INEN correspondientes vigentes

o en el caso de no existir Normas Técnicas Ecuatorianas NTE INEN se deben utilizar

las normas o reglamentos equivalentes de reconocido prestigio, tales como: ASTM,

DIN, JIS, ANSI.

2.2.5 Tipos de cerchas para carrocerías.Los tipos de cerchas de las carrocerías

varían en la forma y el tipo de perfil estructural ASTM utilizado, a continuación se

muestran fotografías de algunas de ellas:

2.2.5.1 Cerchas en tubo cuadrado galvanizado

Figura 6. Carrocería con cerchas en tubo cuadrado

Fuente: Autores

2.2.5.2 Cerchas en tubo rectangular

-7-

Figura 7. Carrocería con cerchas en tubo rectangular.

Fuente: Autores

2.2.5.3 Cerchas tipo omega con plancha perfilada

Figura 8. Carrocería con cerchas de plancha perfilada tipo omega

Fuente: Autores

2.2.6 Perfil estructural más utilizado en carrocerías de buses. El perfil estructural

ASTM más utilizado por la mayoría de lasempresas carroceras incluida Carrocerías

Altamirano de la ciudad de Ambato , en la producción de las cerchas de una carrocería

de bus es en tubo cuadrado galvanizado de 50x50x2mm y 50x50x3mm.

2.2.7 Tubo estructural cuadrado

Figura 9. Tubo estructural cuadrado

Fuente: Catálogo IPAC

2.2.7.1 Especificaciones generales

-8-

Largo normal : 6m

Recubrimiento : Negro o galvanizado

Dimensiones : Desde ¾ a 4 pulgadas (20x20) a (100x100) mm

Espesores : Desde 1,5mm a 4mm

Calidad del Acero: JIS G3132 SPHT-1 ASTM A569

2.2.7.2 Aplicaciones. Usos estructurales e industriales

• Carrocerías.

• Portones.

• Postes señalización de tránsito.

• Muebles metálicos.

• Máquinas para gimnasio.

• Columnas de estructuras.

• Cerramientos.

• Casetas de guardianía.

• Estructuras para letreros.

• Estructuras metálicas.

• Maquinaria industrial.

• Remolques.

• Estructuras para varios tipos de techo.(IPAC, 2013)

2.2.7.3 Norma interna

Tolerancia Dimensional: ¾ (20x20) - (100x100) 4” + 0,30mm

Variación longitudinal: - 0 +10mm

Rectitud: 0,4% de longitud (máximo)

Radio máximo: 3 veces de espesor

2.2.7.4 Nomenclatura

A = Área de la selección transversal del tubo, �� I = Momento de inercia de la sección

-9-

W = Modulo resistente de la sección, �� i = Radio de giro de la sección, cm

Figura 10. Nomenclatura del tubo estructural cuadrado

Fuente: Catálogo IPAC

Tabla 1. Propiedades del tubo estructural cuadrado

DIMENSIONES PESO AREA PROPIEDAES EJES X-X E Y-Y

Designación Plg

B mm

e mm

P Kg/6mm

A �� I �� W ��

i cm

2

50

2,0 17,58 3,74 14,13 5,65 1,94

3,0 25,50 5,41 19,4 7,76 1,89 Fuente: Catalogo IPAC

2.2.8 Fundamentos de doblado de metales. El doblado de metales es un proceso que

ocurre al aplicarle a un metal de superficie recta esfuerzos superiores al límite elástico o

punto de cedencia, en una dirección diferente al eje neutral del material, así se consigue

una deformación plástica permanente en forma de curva (ver Figura 11).

Figura 11. La naturaleza de un doblez metálico

Fuente:http://es.scribd.com/doc/174582767/Dobles-de-Tubos

A pesar de esto, el metal al cual se le haya aplicado un esfuerzo más allá del límite

elástico es capaz de manifestar cierta cantidad de recuperación elástica. Si se hace un

-10-

doblez hasta cierto ángulo puede esperarse que regrese hasta un ángulo un poco menor

cuando se deja libre el material.

Este retroceso es mayor para radios más pequeños, materiales más gruesos, ángulos de

doblez más grandes y materiales endurecidos. Por lo general se devuelven entre 2º y 4º.

Al realizar dobleces en los metales es recomendable realizar el trabajo en frío, a

temperatura ambiente evitando calentar el material, ya que aunque esto puede

incrementar su plasticidad, al aumentar la temperatura se afecta la estructura interna del

elemento, cristalizándolo, lo que causa una disminución de la resistencia mecánica de

éste.

Al deformar un metal en frío a medida que aumenta el trabajo se requiere más fuerza y

la dureza del material se incrementa, sin embargo se debe tener especial cuidado en no

sobrepasar el esfuerzo de ruptura del material porque a partir de este esfuerzo el metal

se rompe(ver figura 12).

Figura 12. Diagrama esfuerzo-deformación unitario para el acero

Fuente. http://es.scribd.com/doc/174582767/Dobles-de-Tubos

2.2.9 Doblado de tubos. Los materiales de formas y paredes delgadas como la

tubería podrían unirse en sus esquinas por medio de uniones comerciales como codos o

por soldadura, pero resulta más económico y confiable el proceso de doblado. Los tubos

se doblan por métodos que buscan no aplastarlos ni deformarlos en la sección de la

curvatura.

El radio de doblado se define como el radio de curvatura del eje neutral del tubo. Hace

-11-

referencia a los grados existentes entre el eje neutral de cada uno de los extremos libres

de la curva de tubería.

El diámetro interior y exterior del tubo, el espesor de pared nominal y el eje neutral son

característicos del tubo seleccionado como materia prima. El ángulo y radio de doblado

dependen de los requerimientos de lo que se está fabricando. La pared interior y exterior

en el área de la curva dependen del ángulo y radio generados, además, del proceso y

máquina de doblado utilizada. (ver Figura. 13).(MOYARYA, Guillermo, 2013)

Figura 13. Términos en el doblado de un tubo

Fuente. http://es.scribd.com/doc/174582767/Dobles-de-Tubos

2.2.10 Técnicas de curvado.Existen diferentes técnicas de curvado, entre las cuales

pueden destacarse como más habituales las siguientes:

Figura 14. Curvado por compresión y tracción

Fuente: http://www.curva-man.com/curvado.htm Figura 15. Curvado por rodillo y brazo giratorio

-12-

Fuente: http://www.curva-man.com/curvado.htm

Tecnológicamente de los cuatro tipos de curvado el con brazo giratorio es la tecnología

actualmente más precisa y versátil. Permite producir piezas muy complejas con una

estricta calidad y gran capacidad de automatización.(CURVA, 2013)

2.2.11 Técnicas de doblado de tubos. Las técnicas usadas comúnmente para doblar

tubos son: doblado por estiramiento, doblado a tracción, doblado por compresión,

doblado por flexión pura, doblado por rodillos, doblado con brazo giratorio.

2.2.11.1 Doblado por estiramiento. Se fija el tubo con mordazas contra un bloque o

dado formador que gira y tira del metal amoldándolo contra el doblez. La pieza de

trabajo que entra en el doblador recibe apoyo mediante una barra de presión. Este

método es muy utilizado para trabajo con tubos de pared delgada y para radios de

doblados pequeños. Este proceso se muestra en la Figura 16.

Figura 16. Doblado por estiramiento

Fuente: http://es.scribd.com/doc/174582767/Dobles-de-Tubos

En algunas ocasiones se inserta un mandril, herramienta usada para apoyar el interior

del tubo y así mejorar la calidad de la curva, reduciendo al mínimo cualquier aplanado,

y para ayudar a controlar el arrugado durante el ciclo de doblado. Los mandriles

-13-

utilizados comúnmente son esferas, cable, laminadoras o arena. El radio de curvatura

máximo utilizando este método es de 180 grados.

2.2.11.2 Doblado a tracción. El tubo se tracciona desde ambos extremos mientras se

dobla sobre un bloque formador, esta técnica está limitada a dobleces de radios grandes

pero es apropiado para curvas que no son circulares. En la Figura 17 se muestra un

esquema del doblado a tracción.

Figura 17. Doblado a tracción


2.2.11.3 Doblado a compresión. El tubo de trabajo se fija con una mordaza y se le

obliga envolverse en torno a un dado formador fijo usando una mordaza deslizante. Esta

técnica permite hacer series de dobleces que casi no dejan espacios libres entre ellos

(ver Figura 18).

Figura 18. Doblado a compresión


-14-

2.2.11.4 Doblado en prensa o por flexión pura. Se crea una curva presionando un dado

formador sobre el tubo en un movimiento. El tubo es soportado por un par de dados

separados, que rotan a medida que el conformador se mueve hacia el centro empujando

el tubo. Este movimiento envuelve el tubo alrededor del conformador, permitiendo que

los dados de los extremos apoyen el tubo en cada lado.

Este proceso es muy rápido y es excelente para altas producciones. Sin embargo se

deben cambiar los dados o la distribución de los mismos para generar diferentes

variedades de curvas.

El radio de curva máximo es 110 grados (ver Figura 19).

Figura 19. Doblado en prensa o por flexión pura


2.2.11.5 Doblado a rodillos. Esta técnica utiliza tres dados cilíndricos para formar la

curva. Este estilo de doblado se utiliza típicamente para desarrollar curvas grandes de

radio y para enrollar tubería (serpentines).

La curva se crea cuando el dado de centro superior de la curva se mueve ajustándose al

tubo, mientras que los dos dados, izquierdo y derecho, más bajos de la curva, rotan al

mismo tiempo en una dirección y posteriormente en la dirección contraria al momento

requerido (ver Figura 20).

-15-

Figura 20. Doblado a 3 rodillos


2.2.11.6 Doblado por jalado y rotatorio. Ésta es la plataforma de doblado más versátil.

Este tipo de dobladora puede usarse con o sin un mandril de soporte interno; con o sin

un dado deslizante para evitar arrugas en la pared interna en un doblez cerrado; y con

más de un juego de dados, lo cual es especialmente práctico para doblar partes con dos

o más radios de doblez o una longitud corta y recta de tubo entre dos dobleces.

Algunas máquinas rotatorias incorporan dos métodos de formado. Por ejemplo, algunas

pueden hacer tanto doblado por empuje como doblado rotatorio con una sola

configuración de herramental. Esto es útil cuando una sola parte tiene dos dobleces con

radios sumamente muy diferentes. Esto evita la necesidad de una segunda operación

(una segunda máquina).(MOYARYA, Guillermo, 2013)

Figura 21. Doblado por jalado y rotatorio


-16-

2.2.12 Máquinas curvadoras

Existen 2 tipos de máquinas curvadoras

• Máquinas curvadoras manuales.

• Máquinas curvadoras automatizadas.

2.2.12.1 Máquinas curvadoras manuales.Las máquinas manuales le permiten curvar

tubo cuadrado y redondo de hasta 50x2mm de espesor, con su robusta estructura y que

son muy comunes ver en un taller artesanal metalmecánico y carrocero pero con el

avance de la tecnología poco a poco están saliendo del mercado industrial

especialmente en el sector carrocero.

Figura 22. Máquina dobladora manual

Fuente: Autores

2.2.12.2 Máquinas curvadoras automatizadas. Estas máquinas curvadoras se

diferencian básicamente por el diámetro máximo del tubo a curvar y grado de

automatización de sus operaciones (número de ejes CNC). También pueden distinguirse

entre máquinas de un radio fijo, varios radios fijos y radio variable (curvado por

generación).

Como producto final estas máquinas curvadoras no se limitan a curvar tubos de sección

circular, sino que también operan con tubos de otras secciones (cuadrados,

rectangulares, ovales, etc.), macizos, alambres, varillas o perfiles con una infinidad de

aplicaciones comerciales.(CURVA, 2013)

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-17-

Figura 23. Máquina dobladora automatizada

Fuente:http://www.curva-man.com/curvado.htm

2.2.13 Selección de la alternativa más adecuada para la construcción de la máquina

dobladora

Para la selección de la alternativa más adecuada en la construcción de la máquina

dobladora para cerchas de las carrocerías de buses en tubo cuadrado galvanizado de

50x50x2mm aplicamos la fase 2 (Diseño conceptual) de la metodología de Pahl y Beitz.

2.2.13.1 Caja negra

Figura 24. Caja negra

Fuente:Autores

-18-

2.2.13.2 Estructura funcional

Figura 25. Caja transparente

Fuente: Autores

Funciones de la estructura funcional

Almacenar. Esta función le corresponde al elemento que posteriormente será curvado

al mismo tiempo este elemento tiene como objetivo proteger al operario de sufrir

un accidente cuando el equipo se encuentra en funcionamiento.

Preparar. Esta función le corresponde a preparar los elementos que serán montados y

posteriormente asegurados.

Montar / desmontar. Esta función le corresponde a los elementos de la máquina en los

sistemas para montar. Se requiere que el tubo debe alinearse en sus extremos con el

sistema de sujeción.

-19-

Asegurar / desasegurar. Esta función le corresponde a los elementos de la máquina

encargados de sujetar el tubo cuadrado en los extremos. Este sistema debe conservar el

perfil alineado para cumplir esta condición debe asegurarse que la presión ejercida por

el sistema de sujeción prensa sea la adecuada para que la deformación del material sea

uniforme en toda la sección afectada.

• Fuente motriz

Esta función le corresponde al elemento de la máquina encargado de generar la

presión necesaria dentro del sistema,para cumplir satisfactoriamente con esta función

debe asegurarse que la capacidad y disposición de estos elementos generen la fuerza

necesaria para que el perfil a curvarse no ceda.

Curvar.Esta función le corresponde a los elementos de la máquina encargados de

curvar los perfiles con el radio previamente establecido y aprobado por un órgano

regulador en el país.

• Sistema hidráulico

Esta función le corresponde a los elementos de la máquina encargados de

desplazar el sistema que gira al rodillo o brida guía de curvamiento,una condición

importante para el buen funcionamiento de este sistema es que la fuerza proporcionada

sea constante logrando obtener un arrugamiento mínimo del material.

• Fuente motriz

Esta función le corresponde a los elementos de la máquina encargados de generar

movimiento al sistema mecánico que se encarga de accionar la bomba hidráulica. Para

cumplir esta función debe asegurarse que la fuerza generada sea transmitida

satisfactoriamente por la banda seleccionada.

La fuerza que generara el movimiento mecánico será a través de un motor eléctrico o

unmotor de combustión.

-20-

2.2.13.3 Generación de alternativas. Para seleccionar la máquina con la técnica de

curvado más adecuada tomamos en consideración tres diferentes tipos de solución, las

cuales se han estudiado y determinado que lograrán cumplir con la necesidad planteada

por Carrocerías Altamirano de la ciudad de Ambato.

Lo que se busca principalmente es que la máquina con el mecanismo que realizara el

curvamiento del tubo cuadrado galvanizado de 50x50x2mm sea de fácil operación y

mantenimiento, pero también que se lo pueda construir y realizar el montaje sin

dificultad alguna.

En base a estos criterios, las posibles tres soluciones para el diseño y construcción de la

máquina dobladora semiautomática con la técnica de curvamientoadecuada para el tubo

cuadrado galvanizado de 50x50x2mm utilizado para las cerchas de las carrocerías de

buses son las siguientes:

• Solución A: Curvado por estiramiento.

• Solución B: Curvado por tracción.

• Solución C: Curvado por compresión.

2.2.13.4 Metodología de evaluación y resultados.Después de generar la matriz

morfológica, se procede a evaluar las tres alternativas de solución planteadas con el fin

de reducir las opciones de solución a uno o dos conceptos más completos de la máquina

a construirse, los cuales posteriormente se evaluarán para llegar al concepto solución

adecuado.

Para evaluar las alternativas de solución el método que se implementará es la selección

de dos etapas que consta de una primera etapa denominada proyección del concepto y

de una segunda etapa conocida como puntuación del concepto.

La primera etapa es una evaluación rápida y aproximada, la cual pretende generar

algunas alternativas viables, la segunda etapa es más precisa y tiene como objetivo

definir cuáles de las opciones dará como resultado la máquina que cumplirá con la

necesidad planteada.

-21-

2.2.13.5 Matriz morfológica

Figura 26.Matriz morfológica

Fuente: Autores

2.2.13.6 Puntaje y criterios de evaluación para la matriz de proyección. La puntuación

otorgada en la matriz de proyección es.

Tabla 2. Puntuación para evaluación Mejor que + Igual que 0 Peor que -

Fuente:Pahl y Beitz

Entre las alternativas de solución se elige un concepto de referencia para cadafunción, el

cual es el punto de partida para decidir que puntuación otorgarle a unaalternativa.

Según las necesidades de operarios y clientes, se generan diversos criterios

deevaluación, los cuales en el caso de la matriz de proyección tienen el mismo

pesosobre la puntuación final de una alternativa.

-22-

Fuente: Autores

Para obtener la puntuación neta de una alternativa, se suman todos los criteriosque

arrojaron positivo y se resta la suma de todos los criterios que dieron negativo;luego se

procede a ordenar los conceptos por rango y se decide según losresultados que

alternativas deben continuar y cuáles no en el proceso deevaluación.

Los criterios de evaluación que se implementarán son los siguientes:

Tabla 3.Criterios de evaluación

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Desempeño

1.Fácil de operar

2.-Ventaja mecánica

3.-Eficacia

4.-Eficiencia

Tamaño 5.-Tamaño

Mantenibilidad

6.-Durabilidad

7.-Fácil limpieza

8.-Fácil consecución de repuestos

Seguridad 9.-Riesgo al operario

Costos 10.- Económico

Fuente:Pahl y Beitz.

2.2.13.7 Criterios de evaluación para la matriz de proyección. A continuación se

presenta el desarrollo de las matrices de proyección para cada función.

Tabla 4.Criterios de evaluación para la técnica de curvado Función: Técnica de curvado

CONCEPTOS

Criterios de selección

Por estiramiento

Por tracción Por compresión

-23-

Fuente: Autores

Tabla 4. (Continuación) Fácil de operar Ventaja mecánica Eficacia Eficiencia Tamaño Durabilidad Fácil limpieza Fácil consecución de repuestos Riesgo al operario Económico

+ + + + - 0 + + 0 0

+ 0 0 0 0 0 + + 0 0

+ + + + + 0 + +

+ -

Sumar + Sumar 0 Sumar -

6 3 1

3 7 0

8 1 1

Puntuación Neta 5 3 7 Fuente:Autores

Tabla 5.Criterios de evaluación para la aplicación de la fuerza de curvado

Función: Aplicación de la fuerza de curvado

CONCEPTOS

Criterios de selección Humana Hidráulica

Fácil de operar Ventaja mecánica Eficacia Eficiencia Tamaño Durabilidad Fácil limpieza Fácil consecución de repuestos Riesgo al operario Económico

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

+ + + + + 0 0 0 - +


0 10 0

6 3 1

Puntuación Neta 0 5 Fuente:Autores

Tabla 6.Criterios de evaluación para utillajes. Función:Utillajes CONCEPTOS

Criterios de selección

Medias cañas desmontables

Rodillo fijo y media caña desmontable

Rodillos desmontables

-24-

Tabla 6. (Continuación) Fácil de operar Ventaja mecánica Eficacia Eficiencia Tamaño Durabilidad Fácil limpieza Fácil consecución de repuestos Riesgo al operario Económico

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

+ + + + 0 0 0 0 0 0

0 0 + 0 0 0 0 0 - 0


0 10 0

4 6 0

1 8 1

Puntuación Neta 0 4 0 Fuente:Autores

2.2.13.8 Puntaje y criterios de evaluación para la matriz de puntuación.La puntuación

de concepto está definida por la suma ponderada de las calificaciones, por lo tanto cada

criterio de evaluación tiene un porcentaje de incidencia sobre el resultado final. La

puntuación otorgada en la matriz de puntuación es:

Tabla 7. Puntuación para evaluación Desempeño

Calificación

Mucho peor que la referencia

1

Peor que la referencia

2

Igual que la referencia

3

Mejor que la referencia

4

Mucho mejor que la referencia

5

Fuente:Pahl y Beitz

Desempeño relativo para la matriz de puntuación

Se implementan los mismos criterios de evaluación de la matriz de proyección;

-25-

ladiferencia radica en el porcentaje de incidencia que cada criterio va a tener.

Tabla 8. Puntuación para evaluación relativa Criterio de evaluación

% de incidencia

1.-Fácil de operar 10%

2.-Ventaja mecánica 10%

3.-Eficacia 15%

4.-Eficiencia 15%

5.-Tamaño 5%

6.-Durailidad 10%

7.-Fácil de limpieza 10%

8.-Fácil consecución de

repuestos

10%

9.-Riesgo al operario 10%

10.- Económico 5%

Fuente:Autores

Criterios de evaluación para la matriz de puntuación

Fácil de operar.Se refiere a que sea sencilla la manipulación del equipo,teniendo en

cuenta la fuerza humana y de propulsión inherentes al proceso.

Ventaja mecánica.Se refiere a minimizar el esfuerzo humano y el gasto de energía de

la fuente motriz del proceso.

Eficacia.Se refiere a la capacidad con la que cuenta un dispositivo para realizar un

determinado trabajo.

Eficiencia. Se refiere a la relación entre lo producido y lo invertido, es decir, hace

referencia a las pérdidas de energía generadas por un dispositivo.

Tamaño.Se plantea que entre mayor tamaño posea una alternativa, la calificación

obtenida será menor.

-26-

Durabilidad. Indica el tiempo en operación que requiere una alternativa de solución

para ser reemplazada por no cumplir adecuadamente su función.

Fácil limpieza. La limpieza debe ser sencilla; se califica este criterio dependiendo de la

facilidad con que se pueda acceder al elemento de interés yteniendo en cuenta si se

requiere desmontaje.

Fácil consecución de repuestos. Es importante conseguir un elemento que ha fallado,

de manera fácil, ya que de esto depende la continuidad en el funcionamiento de la

máquina.

Riesgo al operario.La seguridad en el equipo es muy importante para garantizar el

bienestar del operario.

Económico. El valor económico de la alternativa de solución se asume como criterio

de evaluación, debido a que se busca un equipo que cumpla todas las funciones al

menor costo posible.

2.2.13.9 Conceptos solución. Después de evaluar las alternativas de solución que

podrán cumplir con el objetivo planteado, que es curvar el perfil cuadrado de

50x50x2mm, se generan las siguientes rutas de solución:

• Ruta solución 1

• Ruta solución 2

Las rutas representan la combinación de alternativas que generan un conceptosolución

coherente, por lo tanto la ruta de solución 1 no tiene la mejor alternativa parcial decada

función sino las alternativas que hacen funcional el proceso, igual sucede en la ruta

solución 2.

En la matriz morfológica que se muestra a continuación se indican las rutas que se

indicaron.

-27-

Figura 27.Matriz morfológica de selección

Fuente:Autores

Descripción ruta solución 1

La prensa o mordaza es un accesorio que evita que el tubo ceda a la dimensión

previamente definida al momento que actúa la fuerza de curvado sobre esta.

El curvado del tubo es producido por la técnica de curvado por compresión.

El cilindro hidráulico utilizado para transmitir la fuerza constante y uniforme de

curvado.

Este cilindro es accionado a través de un sistema hidráulico y controlado por una

válvula direccional.

La brida guía para evitar que el perfil curvado obtenga un arrugamiento mínimo es una

media caña desmontable.

-28-

Por todas las característicasdetalladas que la técnica de curvado sea por compresión, la

fuerza de curvamiento es producida por medio de un cilindro accionado mediante un

sistema hidráulico y para evitar el arrugamiento del material se coloca una brida guía.

Todos los componentes están ubicados en la parte superior de la máquina.

Descripción ruta solución 2

La prensa o mordaza es un accesorio que evita que el tubo ceda a la dimensión

previamente definida al momento que actúa la fuerza de curvado sobre esta.

El curvado del tubo es producido por la técnica de curvado por estiramiento.

El cilindro hidráulico utilizado para transmitir la fuerza constante y uniforme de

curvado.

Este cilindro es accionado a través de un sistema hidráulico y controlado por una

válvula direccional.

Lasguías del tubo son el rodillo y la barra de presión las cuales rota igual mientras

mantienen apretado al tubo.

Por todas las característicasdetalladas que la técnica de curvado sea por estiramiento, la

fuerza de curvamiento es producida por medio de un cilindro accionado mediante un

sistema hidráulico y para evitar el arrugamiento del material el cilindro será una guía.

Todos los componentes están ubicados en la parte superior de la máquina.

2.2.13.10 Evaluación de las rutas de solución. Para seleccionar un conjunto de

alternativas para el producto se ejecutarán los siguientes pasos:

• Definir criterios de evaluación.

• Calificar alternativas.

• Seleccionar ruta.

-29-

Fuente: Autores

• Reflexionar acerca de los resultados.

• Criterios de evaluación.

La selección de los criterios de evaluación se hace a partir de las necesidades expresadas

por los operarios y en beneficio de la empresa Carrocerías Altamirano.

Tabla 9. Criterios de Evaluación

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

1. Tamaño

2. Mantenibilidad

3. Eficacia

4. Eficiencia

5. Costo de fabricación

Fuente:Pahl y Beitz.

Calificar conceptos

Se utiliza la misma puntuación de las matrices de proyección:

Tabla 10. Puntuación de conceptos Mejor que +

Igual que 0

Peor que -

Fuente:Autores

Puntuación de conceptos

Seleccionar una ruta.

Tabla 11. Puntuación de conceptos CRITERIOS

CONCEPTOS

RUTA 1

RUTA 2

1.Tamaño

Tabla 11. (Continuación)

-30-

2.Mantenibilidad

3.Eficacia

4.Eficiencia

5.Costo de fabricación

Puntuación obtenida

Ruta seleccionada

Fuente:Autores

Puntuación de rutas solución

Los criterios de evaluación utilizados muestran que la ruta solución 1 es la más

apropiada que la ruta solución 2, la principal diferencia entre las dos opciones de

solución son la eficiencia y eficaciade la máquina a construirse, parámetros

fundamentales para la selección.

Tabla de conclusiones

De los resultados obtenidos en las matrices de ponderación podemos observar que la

mejor alternativa es la opción 1 y debemos también tomar en consideración un buen

aspecto estético de la máquina dobladora semiautomática de tubos cuadrados de

50x50x2mm utilizados como cerchas de las estructuras de carrocerías de buses.

Entonces se determina que las mejores soluciones a utilizar para el diseño y

construcción de los sistemas de la máquina dobladora semiautomática de tubos

cuadrados de 50x50x2mm utilizados como cerchas de las estructuras de carrocerías de

buses son las siguientes.

Técnica de doblado.Por compresión.

-31-

Aplicación de la fuerza de curvado. Hidráulica.

Utillajes.Rodillo fijo y media caña desmontable.

Con estos resultados obtenidos procederemos a realizar el diseño de la máquina, ya que

se ajusta a las necesidades de Carrocerías Altamirano.

2.2.13.11 Esquema de la alternativa seleccionada. En la Figura 28 se muestra el

esquema de la alternativa seleccionada para realizar el diseño y construcción de la

máquina dobladora semiautomática de tubos cuadrados de 50x50x2mm utilizados como

cerchas de las estructuras de carrocerías de buses.

Figura 28.Esquema tentativo de la máquina a construirse

Fuente:Autores

-32-

CAPÍTULO III

3. DESCRIPCIÓN DE LA M ÁQUINA

3.1 Plasticidad elemental

3.1.1 Deformación plástica. Se produce tras sobrepasar la tensión de fluencia �� propia de cada material (obtenida mediante ensayos de tracción). Como la deformación

elástica es reversible, el material recupera parte de su forma inicial tras el curvado. La

suma de ambos procesos genera una serie de fenómenos colaterales, como la reducción

del ángulo de curvado, prolongación del tubo, ovalización de la sección, pérdidas de

espesor, etc.

Figura 29. Deformación plástica del metal


3.1.2 Recuperación elástica.Debido al carácter elástico del material, la pieza curvada

recupera parcialmente su forma inicial disminuyendo ligeramente su ángulo de curvado

final de inicial a final.

Figura 30. Recuperación plástica del metal


-33-

Si se representa el ángulo recuperado ��de cadapieza frente a su ángulo de curvado, se

muestra una evolución lineal a partir de un cierto valor. La mayoría de las máquinas

curvadoras con control numérico corrigen automáticamente este error tras un calibrado

previo, mediante la siguiente ecuación.(CURVA, 2013)

�� (1)

Dónde:

fr � Ángulo recuperado�°� Ri � Ángulo en el doblado�°� Rf � Ángulo despues del doblado�°�

Figura 31. Curva de recuperación elástica

Fuente:http://www.ugr.es/~agcasco/personal/restauracion/teoria/TEMA05.htm

3.1.3 Momento flector. Según HAMROCK indica que, una máquina podrá curvar

satisfactoriamente una determinada pieza cuando su momento flector(par de curvado)

sea superior al momento resistente del material. Para determinar que máquina es la más

adecuada para cada producto, puede calcularse el módulo resistentedel mismo y

seleccionarse una máquina con un módulo mayor. Como se desconoce la tensión

aplicada en cada momento a cada pieza, se toma como valor máximo su resistencia a la

tracción.

2� � �3. 5 (2)

Dónde:

3.1.4 Diagramas de cuerpo libre, fuerza

calcular la fuerza necesaria para doblar un tubo, teniendo en cuenta las partes de la

máquina que tienen contacto directo con éste, se

diagramas.

Fuente:

Fuente:

Figura

Fuente:

-34-

Diagramas de cuerpo libre, fuerza cortante y momento flexionante.


máquina que tienen contacto directo con éste, se deben analizar los siguientes

Figura 32. Diagrama de cuerpo libre

Fuente: HAMROCK, Bernard Elementos de máquinas

Figura 33. Diagrama de fuerza cortante


Figura 34. Diagrama momentoflexionante


cortante y momento flexionante. Para


deben analizar los siguientes

HAMROCK, Bernard Elementos de máquinas



-35-

Al analizar los diagramas de cuerpo libre y momento flexionante, Figuras 32 y 34,

puede verse como el tubo experimenta esfuerzos de flexión en la sección transversal a

lo largo de toda la longitud.

Además puede observarse que el esfuerzo de flexión tiene un valor máximo en el

extremo derecho, donde es aplicada la fuerza F, pues allí el valor del momento

flexionante es máximo.

Para doblar el tubo es necesario aplicarle a éste una fuerza tal que genere un esfuerzo

mayor que el esfuerzo de fluencia del material, para que haya deformación

plástica.(HAMROCK, J. Bernard, 2009)

La ecuación para calcular el esfuerzo de flexión es la siguiente

�� 6�789 (3)

Dónde:

σ;: Esfuerzo de fluencia normal por flexión �Mpa� M;: Momento flector.�N. m� c: Distancia del eje neutro a la fibra en estudio más alejada�m� I: Momento de inercia �m��

3.2 Sistemas que componen la máquina dobladora de cerchas

La máquina dobladora de cerchas está compuesta por los siguientes sistemas

• Bastidor y estructura soporte de accesorios del sistema hidráulico, eléctrico y

transmisión.

• Sistema de sujeción y curvado.

• Sistema eléctrico.

• Sistema hidráulico.

• Sistema de transmisión.

-36-

3.2.1 Bastidor y estructura soporte de accesorios del sistema hidráulico, eléctrico y

transmisión

3.2.1.1 Bastidor. El bastidor nos permite anclar y fijar al piso el riel base las cuales

deberán ir fundidas con hormigón armado para evitar la vibración de la máquina por lo

que esta deberá ser colocada en un lugar estratégico de trabajo.

3.2.1.2 Estructura de soporte del sistema hidráulico, eléctrico y transmisión. La

estructura del sistema hidráulico se construirá en su totalidad de tubo estructural

cuadrado galvanizado, la imagen que se muestra a continuación es una ilustración

tentativa del diseño a construirse.

Figura 35. Estructura soporte

Fuente: Autores

3.2.2 Sistema de sujeción y curvado

3.2.2.1 Brazo curvador. Este sistema consta de un brazo curvador el cual realiza el

dobles del tubo con un giro de 90° el mismo quees empujado por el brazo hidráulico

hasta lograr el ángulo requerido.

-37-

Figura 36. Brazo curvador

Fuente: Autores

3.2.2.2 Prensas. La sujeción del tubo a doblar se realizará mediante prensas

colocadas dos en él un extremo y tres el otro extremo siendo un total de cinco las cuales

nos ayudan a dar la presión necesaria para realizar el curvado del tubo, primeramente

colocamos el tubo en el riel soporte centrándolo con las medidas especificadas

sujetamos la primera prensa logrando así sujetar al tubo, a continuación la segunda

prensa logrando el curvado en su primer tramo antes de la curva sujetamos la media

caña, realizamos el curvado de la esquina y continuamos con las tres prensas restantes

logrando el curvado del segundo tramo y finalizando el proceso procedemos aflojar las

prensas para el desmontaje del tubo para continuar con el proceso.

Figura 37. Prensa

Fuente: Autores

3.2.2.3 Riel de la curva base. Las estructuras se componen de una o más piezas

ligadas entre sí y al medio exterior, para formar un conjunto estable. Esto es, un

conjunto capaz de recibir cargas externas, resistirlas internamente y transmitirlas a sus

apoyos, donde esas fuerzas externas encontrarán su sistema estático equilibrante lo cual

nos garantizara una estructura segura para lograr el curvado de los tubos.

-38-

Figura 38. Riel de la curva base

Fuente: Autores

El riel de la curva base tiene la forma de una L la cual representa la mitad de la cercha,

este nos permite dar la forma necesaria al tubo, por la cual es conducido por un canal

que le permite entrar al tubo casi en su totalidad con sus respectivas medias cañas para

evitar la deformación de los tubos, además en este riel estarán sujetadas las prensas.

El riel de la curva base estará compuesto por una láminade acero superior, unaláminade

acero inferior, una lámina de acero intermedia.

3.2.3 Sistema eléctrico.Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más

componentes, tales como resistencias, inductores, capacitores, fuentes, interruptores y

semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada.

Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, capacitores,

inductores), y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden

analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente

directa o en corriente alterna.(SANTOS, Darwin, 2013)

Este sistema es el que nos permite dar el arranque y detener el motor de la máquina el

cual nos da la energía para activar la bomba hidráulica.Este consta del tablero de

control con la botonera de encendido, apagado y la luz piloto; la palanca de paso de

corriente trifásica (breque) con su cableado respectivo, como se muestra a continuación

(ver Figura. 39).

-39-

Figura 39. Circuito eléctrico tentativo para la máquina

Fuente: Autores

Parte principales de un circuito eléctrico básico

• Palancas trifásicas (breque).

• Conductores eléctricos.

• Panel de control.

• Motor eléctrico.

3.2.3.1 Palancas trifásicas (breque). Estos elementos son dispositivos eléctricos que

nos permiten poner en marcha (ON) y parar (OFF) la maquina mediante la acción

manual de pulsar.

3.2.3.2 Conductores eléctricos. Cualquier material que ofrezca poca resistencia al

flujo de electricidad se denomina conductor eléctrico. La diferencia entre un conductor

y un aislante, que es un mal conductor de electricidad o de calor, es de grado más que

de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida.

Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una

conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o

la mica.

Los materiales en que los electrones están fuertemente ligados a los átomos se conocen

como aislantes, no conductores o dieléctricos. Algunos ejemplos son el vidrio, la goma

o la madera seca. En el sistema eléctrico de esta máquina se utilizara los cables

eléctricos de cobre.

-40-

3.2.3.3 Panel de control. Por lo general, en la mayoría de los casos en todos los

sistemas eléctricos que se utilizan motores eléctricos cuentan con caja de conexiones.

La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al

motor, resguardándolos de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier

elemento que pudiera dañarlos.

3.2.3.4 Motor eléctrico. El motor eléctrico es aquel que transforma la energía eléctrica

en energía mecánica, por medio de la repulsión que presenta un objeto metálicocargado

eléctricamente ante un imán permanente. Son máquinas eléctricas rotatorias y estos

funcionan generalmente bajo los principios de magnetismo.

Figura 40. Motor eléctrico

Fuente: Autores

Dentro de las características fundamentales de los motores eléctricos, éstos se hallan

formados por varios elementos, sin embargo, las partes principales son las siguientes.

1. Carcasa

2. Tapa anterior (Frente)

3. Base

4. Eje del rotor

5. Caja de conexiones

6. Tapa posterior

Figura 41. Partes del motor eléctrico

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico

-41-

Ventajas de los motores eléctricos

• A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.

• Se pueden construir de cualquier tamaño y forma, siempre que el voltaje lo

permita.

• Tiene un par de giro elevado y según el tipo de motor, prácticamente constante.

• Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando a

medida que se incrementa la potencia de la máquina).

• Este tipo de motores no emiten contaminantes, aunque en la generación de energía

eléctrica de la mayoría de las redes de suministro sí emiten contaminantes.

• No necesita de refrigeración ni ventilación forzada, están autoventilados.

• No necesita de transmisión/marchas.

Motores trifásicos. Los motores trifásicos usualmente son más utilizados en la

industria, ya que en el sistema trifásico se genera un campo magnético rotatorio en tres

fases, además de que el sentido de la rotación del campo en un motor trifásico puede

cambiarse invirtiendo dos puntas cualquiera del estator, lo cual desplaza las fases, de

manera que el campo magnético gira en dirección opuesta.

Tipos y características

• Los motores trifásicos se usan para accionar máquinas herramientas, bombas,

elevadores, ventiladores, sopladores y muchas otras máquinas.

• Básicamente están construidos de tres partes esenciales: Estator, rotor y tapas.

• El estator consiste de un marco o carcasa y un núcleo laminado de acero al silicio,

así como un devanado formado por bobinas individuales colocadas en sus ranuras.

Básicamente son de dos tipos

• De jaula de ardilla.

• De rotor devanado.

El de jaula de ardilla es el más usado y recibe este nombre debido a que parece una

jaula de ardilla de aluminio fundido. Ambos tipos de rotores contienen un núcleo

laminado en contacto sobre el eje. El motor tiene tapas en ambos lados, so

se encuentran montados los rodamientos o baleros sobre los que rueda el rotor. Estas

tapas se fijan a la carcasa en ambos extremos por medio de tomillos de sujeción. Los

rodamientos, baleros o rodamientos pueden ser de rodillos o de deslizam

Diagramas de conexión

con un cierto número de bobinas eléctricas que están devanadas siempre juntas, para

que conectadas constituyan las fases que se conectan entre sí, en cualquiera de

formas de conexión trifásicas, que pueden ser:

• Delta.

• Estrella.

Delta.Los devanados conectados en delta son cerrados y forman un

triangulo.

Cada devanado de un motor de inducción trifásico tiene sus terminales marcadas con un

número para su fácil conexión. En la figura 42

los devanados internos identificados para conectar el motor para operación en delt

terminales o puntas de los devanados se conectan de modo que A y B cierren un

extremo de la delta (triángulo), también B y C, así como C y A, para de esta manera

formar la delta de los devanados del motor.

Fuente: http://www.monografias.com/trabajos93/motores

Estrella.Los devanados de la mayoría de los motores de inducción de jaula de ardilla

están conectados en estrella. La conexión estrella se forma uniendo una terminal de

-42-

laminado en contacto sobre el eje. El motor tiene tapas en ambos lados, so



rodamientos, baleros o rodamientos pueden ser de rodillos o de deslizam

Diagramas de conexión. Todos los motores trifásicos están construidos internamente


que conectadas constituyan las fases que se conectan entre sí, en cualquiera de

formas de conexión trifásicas, que pueden ser:

Los devanados conectados en delta son cerrados y forman un


fácil conexión. En la figura 42, se muestra un motor de 6 terminales con

los devanados internos identificados para conectar el motor para operación en delt



formar la delta de los devanados del motor.

Figura 42. Conexión eléctrica en delta

http://www.monografias.com/trabajos93/motores-electricos/motores

electricos.shtml#fundamenta

Los devanados de la mayoría de los motores de inducción de jaula de ardilla


laminado en contacto sobre el eje. El motor tiene tapas en ambos lados, sobre las cuales



rodamientos, baleros o rodamientos pueden ser de rodillos o de deslizamiento.

Todos los motores trifásicos están construidos internamente


que conectadas constituyan las fases que se conectan entre sí, en cualquiera de las

Los devanados conectados en delta son cerrados y forman una configuración en


, se muestra un motor de 6 terminales con

los devanados internos identificados para conectar el motor para operación en delta. Las



electricos/motores-

Los devanados de la mayoría de los motores de inducción de jaula de ardilla


-43-

cada devanado, las tres terminales restantes se conectan a las líneas de alimentación L1,

L2 y L3. Los devanados conectados en estrella forman una configuración en Y.(PÉREZ,

Sergio Rafael, 2013)

Figura 43. Conexión eléctrica en estrella

Fuente: http://www.monografias.com/trabajos93/motores-electricos/motores-

electricos.shtml#fundamenta

3.2.4 Sistema hidráulico.El sistema hidráulico sirve para transmitir y controlar

potencia a través de los líquidos a presión, para ello se requiere un conjunto de

componentes interconectados. Se refiere al conjunto como sistema. El número y el

conjunto de componentes varían de sistema a sistema dependiendo del uso particular; en

muchas aplicaciones, un sistema principal de potencia alimenta a varios subsistemas

que se refiere a veces a circuitos.

El sistema completo puede ser una pequeña unidad compacta, más a menudo, sin

embargo, los componentes se ubican en puntos extensamente separados para un

conveniente control y operación del sistema. Los componentes básicos de un sistema de

potencia fluida son esencialmente iguales, sin importar si el sistema utiliza un medio

hidráulico o neumático.

Este sistema es el que nos permite mover al brazo de la dobladora la que realiza el

doblez principal y el más importante reduciendo tiempos y esfuerzos de la mano de

obra.

Los sistemas hidráulicos desempeñan un papel muy importante en el funcionamiento

eficiente de una máquina, para que proporcionen la máxima productividad, al menor

costo posible, es necesario aplicar técnicas de gestión y mantenimiento de este sistema y

la máquina en general.

-44-

Figura 44. Sistema hidráulico

Fuente: Autores

Los Componentes principales de un circuito hidráulico básico son

• Depósito o taque de aceite.

• Bomba hidráulica.

• Cilindro hidráulico.

• Válvula direccional.

• Mangueras de presión.

• Fluido hidráulico.

• Filtro de aceite.

• Manómetro.

3.2.4.1 Depósito o tanque de aceite. La principal función del tanque hidráulico es

almacenar aceite, aunque no es la única. El tanque también debe eliminar el calor y

separar el aire del aceite. Los tanques deben tener resistencia, capacidad adecuada, y no

deben dejar entrar la suciedad externa. Los tanques hidráulicos generalmente son

herméticos, la figura muestra los componentes del tanque hidráulico.

Figura 45. Depósito de aceite

Fuente: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn212.html

-45-

Tipos de depósitos hidráulicos

• Tanque presurizado.

• Tanque no presurizado.

Tanque presurizado. El tanque presurizado está completamente sellado. La presión

atmosférica no afecta la presión del tanque. Sin embargo, a medida que el aceite fluye

por el sistema, absorbe calor y se expande. La expansión del aceite comprime el aire del

tanque. El aire comprimido obliga al aceite a fluir del tanque al sistema. La válvula de

alivio de vacío tiene dos propósitos: evita el vacío y limita la presión máxima del

tanque. La válvula de alivio de vacío evita que se forme vacío en el tanque al abrirse y

permite que entre aire al tanque cuando la presión del tanque cae.Cuando la presión del

tanque alcanza el ajuste de presión de la válvula de alivio de vacío, la válvula se abre y

descarga el aire atrapado a la atmósfera. Otros componentes del tanque hidráulico se

muestran en la Figura 46.

Figura 46. Depósito de aceite hidráulico presurizado


Tanque no presurizado. El tanque no presurizado tiene un respiradero que lo diferencia

del tanque presurizado, el respiradero permite que el aire entre y salga libremente. La

presión atmosférica que actúa en la superficie del aceite obliga al aceite a fluir del

tanque al sistema, también el respiradero tiene una rejilla que impide que la suciedad

entre al tanque.

-46-

Figura 47. Depósito de aceite hidráulico no presurizado


Símbolos ISO del tanque hidráulico. La Figura 48 indica la representación de los

símbolos ISO del tanque hidráulico presurizado y no presurizado. El símbolo ISO del

tanque hidráulico no presurizado es simplemente una caja o rectángulo abierto en la

parte superior y el símbolo ISO del tanque presurizado se representa como una caja o

rectángulo completamente cerrado.

Figura 48. Simbología del depósito aceite hidráulico


3.2.4.2 Bomba hidráulica. La bomba hidráulica convierte la energía mecánica en

energía hidráulica. Es un dispositivo que toma energía de una fuente (por ejemplo, un

motor eléctrico, etc.) y la convierte a una forma de energía hidráulica. La bomba toma

aceite de un depósito de almacenamiento (por ejemplo, un tanque) y lo envía como un

flujo al sistema hidráulico. Todas las bombas producen flujo de aceite de igual forma.

Se crea un vacío a la entrada de la bomba. La presión atmosférica, más alta, empuja el

aceite a través del conducto de entrada a las cámaras de entrada de la bomba. Los

engranajes de la bomba llevan el aceite a la cámara de salida de la bomba. El volumen

de la cámara disminuye a medida que se acerca a la salida. Esta reducción del tamaño

de la cámara empuja el aceite a la salida. La bomba sólo produce flujo (por ejemplo,

galones por minuto, litros por minuto, centímetros cúbicos por revolución, etc.), que

luego es usado por el sistema hidráulico. La bomba NO produce “presión”, la presión se

-47-

produce por acción de la resistencia al flujo, la resistencia puede producirse a medida

que el flujo pasa por las mangueras, orificios, conexiones, cilindros, motores o cualquier

elemento del sistema que impida el paso libre del flujo al tanque.(INGEMECÁNICA,

2013)

Figura 49. Bomba hidráulica


Tabla 12.Clasificación de bombas BOMBAS CLASE TIPO

ROTO DINÀMICAS CENTRÌFUGAS Y PERIFÈRICAS

Voluta Difusor Turbina Regenerativa Turbina Vertical Flujo Mixto Flujo Axial

DESPLAZAMIENTO POSITIVO

ROTATORIAS Engranaje Álabe Leva y Pistón Tornillo Lóbulo Bloque de vaivén

RECIPROCANTES Acción Directa Potencia Diafragma Rotatoria Pistón

Fuente: http://todomonografias.com/industria-y-materiales/bombas/

Bomba centrífuga.Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que

transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía

cinética y potencial requeridas.

El flujo entra por el centro del rodete, que dispone de unos alavés para conducir el flujo

y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido

-48-

por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las

vías en forma de tubos de salida o hacia el siguiente rodete que ser la siguiente etapa.

(HERRERA, 2013 págs. 13-14-15)

Figura 50. Bomba centrífuga


Bombas rotatorias. Producen caudal al transportar entre los dientes de dos engranajes

acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje motriz de la bomba, y este hace girar el

eje libre.

Bombas reciprocantes o alternativas. Las bombas alternativas o reciprocantes son

también unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de

líquido durante el movimiento del pistón o embolo a través de la distancia de

carrera.(GUIADEBOMBAS, 2013)

Figura 51. Bomba reciprocante


En este tipo de bombas el flujo se desplaza mediante movimiento alternativo; al

-49-

moverse en un sentido succiona y en el sentido expulsa.

3.2.5 Cilindro hidráulico.Los cilindros hidráulicos son actuadores lineales, utilizados

para convertir la potencia hidráulica en fuerza o movimiento mecánico lineal.

Aunque los cilindros producen un movimiento lineal, pueden aplicarse en variedad de

funciones produciendo un movimiento final rotatorio, semi-rotatorio o en

combinaciones lineal y rotatoria. Además como intermedio de palancas y uniones se

puede lograr multiplicar o reducir fuerza; aumentar o disminuir velocidad.

El principio de funcionamiento es muy simple, el fluido bajo presión es enviado por una

de las conexiones del actuador este actúa contra el área del pistón. El pistón unido al

vástago es movido linealmente en su longitud con una pequeña fuerza. La distancia

recorrida del pistón durante el desplazamiento se llama carrera.

Figura52. Partes del cilindro hidráulico

Fuente www.tecnicaoleohidraulica.com

La presión a la que trabaja el cilindro se lo calcula a partir de la siguiente ecuación

� � @A (4)

Dónde:

-50-

P: Presión del cilindro [Mpa]

F: Fuerza aplicada por el cilindro �B� A: Área del cilindro ��

El cilindro hidráulico está constituido por la cámara del vástago (área más pequeña) en

la cual se encuentra el vástago y la cámara del pistón el área mayor de cilindro. Hay

varios tipos de cilindros incluyendo los de simple y de doble efecto el cual será utilizado

en el diseño de la máquina.

Características

• Los cilindros hidráulicos son uno de los dispositivos móviles.

• Las fuerzas generadas por ellos son de las mayores que se encuentran en los

sistemas de potencia fluida.

• La duración del cilindro y del sistema depende muchísimo de la especificación y

mantenimiento adecuado de un elemento sencillo, el limpiador/rascador del

vástago.

3.2.6 Válvula direccional.Son aquellas que abren y cierran el paso y dirigen el fluido

en un sentido u otro a través de las distintas líneas de conexión. Se puede clasificar por

el número de pasos que tienen, entradas, salidas y posiciones en que pueden actuar.

Figura 53. Válvula de accionamiento mecánico manualmente

Fuente www.tecnicaoleohidraulica.com

3.2.6.1 Válvulas unidireccionales. Son como su mismo nombre lo indica, válvulas

que permiten el flujo del fluido sea en un solo sentido y evitan el flujo en sentido

inverso.

-51-

Estas válvulas pueden ser de dos tipos.

• Anti retorno.

• Anti retorno pilotado, mediante la acción de un pilotaje externo puede permitir

también el flujo en sentido inverso.

3.2.6.2 Válvulas direccionales de dos vías. Permite el paso de fluido desde la entrada

(llamada presión u orificio de presión) hacia las diferentes vías en que debe realizar sus

funciones. Estas válvulas pueden ser normalmente cerradas o normalmente abiertas.

Las válvulas direccionales de varias vías, tienen un orificio de entrada y según la

válvula diversos orificios que pueden ir hacia los actuadores o distintas partes del

sistema y un orificio de retorno hacia el depósito.

3.2.7 Mangueras de presión.Las tuberías y mangueras hidráulicas interconectan los

diferentes componentes y conducen el fluido dentro del sistema hidráulico. Las líneas

de conducción del fluido incluyen los adaptadores, estos deben ser capaces de soportar

no solo la presión calculada máxima del sistema, sino resistir los golpes de presión de

sistema.

Las mangueras hidráulicas son ampliamente usadas, porque son de fácil instalación y

poseen las características porque requiere menos destreza. La mayoría de las mangueras

tienen al menos tres capas, las que incluyen el tubo interno, una o más capas de refuerzo

(mallas) y la cubierta.

Figura54. Manguera de presión

Fuente:www.tecnicaoleohidraulica.com

3.2.8 Fluido hidráulico.La vida útil del sistema hidráulico depende en gran medida

de la selección y del cuidado que se tenga con los fluidos hidráulicos. Al igual que con

-52-

los componentes metálicos de un sistema hidráulico, el fluido hidráulico debe

seleccionarse con base en sus características y propiedades para cumplir con la función

para la cual fue diseñado.

Se usan líquidos en los sistemas hidráulicos porque tienen entre otras las siguientes

ventajas:

• Los líquidos toman la forma del recipiente que los contiene.

• Los líquidos son teóricamente incompresibles.

• Los líquidos ejercen igual presión en todas las direcciones.

3.2.8.1 Vida útil del aceite hidráulico. El aceite hidráulico no se desgasta. El uso de

filtros para remover las partículas sólidas y contaminantes químicos alargan la vida útil

del aceite. Sin embargo, eventualmente el aceite se contamina tanto que debe

reemplazarse. En las máquinas de construcción, el aceite se debe cambiar a intervalos

de tiempos regulares. Los contaminantes del aceite pueden usarse como indicadores de

desgaste no común y de posibles problemas del sistema.

3.2.8.2 Filtro de aceite. Es el encargado de retirar del aceite las partículas sólidas en

suspensión (trozos de metal, plásticos, etc.). El aceite puede filtrarse en cualquier punto

del sistema. En muchos sistemas hidráulicos, el aceite es filtrado antes de que entre a la

válvula de control. Para hacer esto se requiere un filtro más o menos grande que pueda

soportar la presión total de la línea. Colocado el filtro en la línea de retorno tiene

también sus ventajas. Unas de las mayores es su habilidad de atrapar materiales que

entran al sistema desde los cilindros. El sistema impedirá que entre suciedad a la

bomba. Esto es verdad siempre que no se agreguen materias extrañas al tanque,

Cualquiera de los dos tipos de filtro en las tuberías debe equiparse con una válvula de

derivación. (INGEMECÁNICA, 2013)

3.2.9 Manómetro. Está instalado normalmente después de la bomba e indica la

presión de trabajo.Este medidor de presión tiene una amplia variedad de aplicaciones

para realizar mediciones de presión estática; es barato, consistente y se fábrica en

diámetros de 2 pulgadas (50 mm) en caratula y tienen una exactitud de hasta 0.1% de la

lectura a escala plena; con frecuencia se emplea en el laboratorio como un patrón

-53-

secundario de presión. (VARGAS, 2013)

Figura 55. Manómetro de Bourdon

Fuente:http://www.quiminet.com/articulos/los-manometros-y-termometros-

instrumentos-de-medicion-para-aplicaciones-industriales-2671619.htm

3.2.10 Sistema de transmisión. En esta máquina se va a transmitir movimiento

rotacional continuo a rotacional continuo el cual requiere la utilización de bandas para

la transmisión de movimiento desde el motor eléctrico a la bomba, el cual nos permite

el giro de la bomba para dar la presión del aceite hacia el cilindro hidráulico, laspartes

que forman este sistema son:

• Bandas de Transmisión.

• Poleas.

3.2.11.1 Bandas de transmisión. Las bandas son elementos de transmisión de potencia,

de constitución flexible, que se acoplan sobre poleas que son solidarias a ejes con el

objeto de transmitir pares de giro. Su naturaleza flexible va a permitir que su fabricación

se realice con una cierta incertidumbre mecánica que puede ser asumida,

posteriormente, en su montaje.

La correa de transmisión trabaja por rozamiento con la polea sobre la que va montada;

este hecho, junto a su naturaleza flexible, confiere a las correas una función de

“fusibles” dentro de las transmisiones, dado que se comportan como amortiguador,

reduciendo el efecto de las vibraciones que puedan transmitirse entre los ejes de la

transmisión.

En general, el empleo de correas en las transmisiones resulta una opción más barata,

este tipo de elementos no pueden garantizar una relación de transmisión siempre

-54-

constante entre ejes, dado que pueden originarse pequeños deslizamiento de la correa

sobre la canaladura de la polea, por ejemplo, a que el tensado inicial no se ha hecho

correctamente; o, producido por el desgaste con las horas de funcionamiento.

Las correas de transmisión se clasifican

Correas planas. Actualmente ya en desuso y sustituidas gradualmente por las

trapezoidales, se utilizaban sobre todo en aquellas transmisiones donde no se requerían

grandes prestaciones, esto es, que no se transmiten grandes pares ni la velocidad lineal

que alcanza la correa es elevada (< 5 m/s). También pueden emplearse cuando la

distancia entre ejes de poleas es elevada. Las correas planas se dividen a su vez en

correas “sin fin”, también llamadas correas continuas, y correas abiertas, que se

denominan así porque se suministran abiertas para su montaje y posteriormente son

cerradas mediante grapas o pegamento industrial.

Correas dentadas o síncronas.Tienen aplicación sobre todo en aquellas transmisiones

compactas y que se requieren trasmitir alta potencia. En este caso se deben emplear

poleas de pequeño diámetro, y las correas dentadas ofrecen mayor flexibilidad y mejor

adaptabilidad al dentado de la polea. Por otro lado, también permiten ofrecer una

relación de transmisión constante entre los ejes que se acoplan.

Correas trapezoidales. Las correas trapezoidales o correas en “V” trabajan a partir del

contacto que se establece entre los flancos laterales de la correa y las paredes del canal

de la polea.

Según las normas ISO las correas trapezoidales se dividen en dos grandes grupos: las

correas de secciones con los perfiles clásicos Z, A, B, C, D y E, y las correas estrechas

de secciones SPZ, SPA, SPB Y SPC. En la figura adjunta se representa

esquemáticamente una sección tipo de correa trapezoidal o correa en “V”.

En la siguiente figura se muestra una representación de la correa trapezoidal. (ver

Figura. 56)

Figura 56. Esquema de una correa trapezoidal

-55-


Dónde:

a =Ancho de la cara superior de la correa en mm

h= Altura o espesor de la correa en mm

ap=Ancho primitivo de la correa en mm

En la siguiente tabla se muestran los valores de los parámetros anteriores según el perfil

de correa:

Tabla13. Perfiles normalizados correa trapezoidal


Las correas trapezoidales o en “V” trabajan en condiciones óptimas cuando lo hacen a

velocidades lineales dentro del rango de los (20 a 22) m/s. Las correas en “V” no deben

trabajar a velocidades superiores de los 30 m/s, dado que la elevada fuerza centrífuga

que se genera terminaría sacando la correa de la ranura de la polea. Por otro lado, si

funcionasen a velocidades más baja también necesitarían un proceso de equilibrado

estático para conseguir un trabajo más óptimo.

La Figura 57 muestra una sección tipo de una correa trapezoidal, así como de las partes

principales que la compone.

-56-

Figura 57. Elementos de correa trapezoidal


Dónde:

1) Núcleo

2) Tensores o fibras resistentes

3) Recubrimiento

Longitud primitiva de una banda. La longitud o desarrollo lineal de una correa se

mide montada sobre poleas y convenientemente tensada. En esta situación el desarrollo

de una correa variará en función de la línea de referencia de la sección que se tome para

realizar la medición. Así, se denomina longitud primitiva de la correa (Lp) a la que

resulta de realizar la medición de su longitud a la altura del ancho primitivo (ap) de la

sección.

Para efectuar correctamente la medición de la longitud primitiva de la correa, ésta debe

estar, como ya se ha dicho, convenientemente tensada. Para poder aplicar el tensado a la

correa, las dos poleas sobre las que se monte la correa deben ser una fija y la otra

desplazable con el objeto de poder aplicarle a esta última la carga (Q) de tensado.

Figura 58. Esquema de montaje de una transmisión por correa


La carga (Q) de tensado a aplicar será función de la sección de la correa que se trate, su

desarrollo primitivo y del diámetro de poleas, según se indica en la siguiente tabla.

-57-

Tabla14. Cargas Q de tensado


La longitud primitiva (Lp) de la correa para este caso concreto, donde los diámetros de

las poleas son iguales y el ángulo de contacto igual a 180º, resulta inmediata aplicando

la siguiente ecuación

Lp = 2 · E + Π · d (4)

Dónde:

E= Distancia entre ejes de las poleas, en mm

d= Diámetro primitivo de las poleas, en mm

Lp=Longitud primitiva de la correa, en mm

Como ya se dijo al principio, la longitud o desarrollo de la correa variará en función de

qué línea de referencia de la sección se tome.

Así, si se toma la cara externa de la sección de la correa como referencia, resultará una

longitud nominal mayor que la longitud primitiva, y por el contrario, si se toma la cara

interna, entonces la longitud nominal obtenida será menor que la longitud primitiva. Es

decir, que

Desarrollo externo = Longitud primitiva nominal (Lp) + C1 (5)

Desarrollo interno = Longitud primitiva nominal (Lp) - C2 (6)

Los coeficientes C1 y C2 que hay que sumar o restar a la longitud primitiva para

obtener los desarrollos exteriores o interiores de la correa, se adjuntan en la siguiente

tabla en función del tipo de sección.

-58-

Tabla15. Coeficientes C1 y C2


Las correas trapezoidales se identifican por sus dimensiones físicas. Así, para proceder

a su identificación se coloca en primer lugar una letra que indica la sección de la correa,

seguido por un número que expresa la longitud nominal de la correa.

Figura 59. Identificación de la correa trapezoidal


3.2.11.2 Poleas

Figura 60. Polea de 2 canales

Fuente: Autores

La colocación de la correa de manera correcta en el canal o ranura de la polea influye

considerablemente en el rendimiento de la transmisión y en la vida útil de la correa.

-59-

Para conseguir una buena colocación de la correa en la ranura de las poleas es condición

imprescindible un perfecto alineamiento entre poleas. Para ello es necesario que los ejes

del motor sean paralelos y que la correa trabaje perpendicularmente a dichos ejes.

Por otro lado, como ya se ha indicado, la correa en “V” trabaja por rozamiento entre los

flancos laterales de la correa y las paredes del canal de la polea. Es por ello muy

importante que los flancos de la polea se presenten perfectamente lisos y limpios. La

presencia de suciedad o de partículas de polvo en la polea es muy perjudicial al

convertirse en abrasivos que terminan desgastando a la superficie de la correa.

Figura 61. Colocación de la correa en el canal de la polea


Diámetro mínimo. La elección del diámetro correcto de las poleas es sumamente

importante, dado que un diámetro excesivamente pequeño para una sección de correa

determinada significaría una flexión excesiva de ésta, lo que terminaría reduciendo su

vida útil.

Como norma general, al aumentar el diámetro de la polea aumentará la vida útil de la

correa.

Ajuste de la distancia entre poleas. Toda transmisión por correas flexibles debe ofrecer

la posibilidad de ajustar la distancia entre centros de poleas, es decir, de poder variar la

distancia que separa los ejes de giro de las distintas poleas que permita realizar las

siguientes operaciones.

-60-

• Hacer posible el montaje inicial de la correa sin forzarla.

• Una vez montada, poder realizar la operación de tensado inicial.

• Durante la vida útil de la correa, para poder compensar el asentamiento de la

correa o su alargamiento que se produce por el uso.

Figura 62.Ajuste de la distancia entre poleas


En la siguiente tabla se indica la variación mínima de la distancia entre ejes de poleas

necesarias para la instalación de las correas(INGEMECÁNICA, 2013).

Tabla16. Desplazamientos mínimos para el montaje


-61-

CAPÍTULO IV

4. DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE LA MÁQUINA

La dobladora de tubo cuadrado es utilizada para realizar un trabajo específico que es las

cerchas de las estructuras de las carrocerías de buses.

4.1 Dimensionamiento del riel base

El modelo y tamaño que toma el riel base donde se formará la cercha está determinada

por la forma y dimensión de la misma.

Entoncesgraficamos la cercha con las dimensiones predeterminadas de acuerdo al

modelo del bus interprovincial que se encuentra homologado y aprobado para

carrocerías Altamirano por el CICEV.

Figura 63. Diagrama de una cercha de bus.

Fuente: Autores

-62-

Luego procedemos a dimensionar el riel base el cual solo toma la forma con las

dimensiones establecidas de la mitad de la cercha, obteniendo la Figura 64.

Figura 64. Riel base formador de la cercha

Fuente: Autores

De la Figura 64 podemos determinar que las dimensiones del riel brazo son 1310mm de

ancho x 2230mm de largo.

4.2 Dimensionamiento del brazo formador de la curva

Para el dimensionamiento del brazo curvador partimos del conocimiento del radio de la

curva de la cercha R=24cm, además debemos tomar muy en cuenta que el tubo no debe

presentar rugosidad en las paredes luego de realizar el curvado.

Figura 65. Perímetro de la curva de una cercha de bus

Fuente: Autores

Entonces hacemos uso de una mediacaña de 60cm de longitud ya que la distancia

recorrida por la mediacaña será de 46cm entonces tenemos una distancia de 7cm mas a

-63-

cada lado de la media caña como sobrante para que el rodillo que lo aprieta a esta no

dañe el tubo, su forma es de acuerdo al tubo a curvar y el riel base como se indica en la

figura 66.

Figura 66. Media caña del brazo formador

Fuente: Autores

El siguiente elemento es el rodillo giratorio el cual aprieta a la mediacaña hacia el tubo,

este tiene un diámetro exterior de 28cm y una perforación de 1 pulgada de diámetro

para el anclaje con un perno, el ancho del rodillo es de 10cm.

Figura 67. Rodillo giratorio

Fuente: Autores

Con las medidas de los demás elementos que son parte del brazo, ya podemos

dimensionarlo, pero también debemos tomar muy en cuenta que la base donde se

anclara el cilindro hidráulico esta desplazado 10,25cm con relación al eje X y 41 cm

-64-

respecto al eje Y, esto nos permitirá que al empezar el trabajo de curvado el eje donde

rota el brazo tenga el menor esfuerzo posible.

Figura 68. Brazo curvador

Fuente: Autores

4.3 Cálculo de la fuerza necesaria para doblar un tubo en la curva

Para el cálculo de la fuerza necesaria para doblar un tubo cuadrado de lado a=5cm y de

e=2mm de espesor, con un límite de fluencia de 295MPa para un acero al bajo carbono

AISI 1020 se parte del diagrama de cuerpo libre de la figura (71) en la posición inicial

de funcionamiento de la máquina.

Partiendo de la fórmula

�� 6�789 (3)

Dónde:

��: Esfuerzo de fluencia normal por flexión295 �2F� 2�: Momento flector.�B. �� : Distancia del eje neutro a la fibra en estudio más alejada 0,025 �� I: Momento de inercia 1,413X10MN�m��, Tabla 1

Despejando el Mf en la ecuación (3) tenemos:

2� � OP 7 98 (7)

-65-

El momento generado en el punto de aplicación de la fuerza será llamado momento

plástico Mp, ahora relacionando el Mp con el Mf tenemos la siguiente ecuación.

2F � �� 2�(8)

Reemplazando la ecuación (7) en la (8) tenemos lo siguiente:

2F � 3�� Q R2� S9T

Posteriormente procedemos a calcular el Mp para lo cual trazamos el diagrama de

cuerpo libre del mecanismo donde actúan las cargas en el momento de inicio del dobles

del tubo cuadrado de 50x50x2mm galvanizado.

Figura 69. Diagrama de fuerzas

Fuente: Autores

Trazando el diagrama de cuerpo libre tenemos lo siguiente.

Figura 70. Diagrama de cuerpo libre de fuerzas.

Fuente: Autores

-66-

Procedemos a calcular el ángulo que está involucrado en la descomposición de la fuerza

Pc.

Figura 71. Triángulo formado con la fuerza P

Fuente: Autores

Figura 72. Triángulo para el cálculo del ángulo U

Fuente: Autores

Calculando el ángulo U.

�VU � ��W��Q S10T

Reemplazando tenemos:

�VU � 15,2598,21

U � 8,83°

Descomponiendo la fuerza P tenemos:

��Q � �� YZ U S11T

-67-

��W � �� Z � U S12T

Luego procedemos con la sumatoria de momentos en R.

2�[ � ��W Q 0,41 �� \ ��Q Q 0,1025 �� S13T

Reemplazando la ecuación (11) y (12) en la ecuación (13).

2�[ � ��Z �UQ 0,41 �� \ �� cos U Q 0,1025 �� 2�[ � �� Z � 8,83°Q 0,41 �� \ �� YZ 8,83° Q 0,1025 �� 2�[ � 0,06293�� \ 0,10128 ��

2�[ � 0,16421 �� S14T

Reemplazando (14) en la ecuación (9) tenemos:

0,16421 �� 3��QR2�

�� 3��QR2�Q0,16421

�� 3 Q 295 Q10^ � _̀a �Q 1,413b10MN��2Q0,025��Q0,16421

�� 125,05 �B. ��8,2105Q10M�� 15.230,50B

4.4 Cálculo y selección del cilindro hidráulico de doble efecto

La selección del cilindro se lo realiza estimando una presión de 2000 psi, presión a la

cual normalmente trabajan estos sistemas.

Partiendo de la formula.

� � �� S15T

-68-

Dónde:

P: Presión del cilindro (2.000 psi) 13,78 [Mpa],asumida

Pc: Fuerza aplicada por el cilindro 15.230,50�B�, calculada

A: Área del cilindro ��

Despejando la ecuación (15) y calculando el área tenemos lo siguiente:

� � ��

� � 15.230,50 �B�13,78 b10^ � _̀a �

� � 0,001105��

Luego tenemos la siguiente formula del área:

� � dQ∅8�4 S16T

Dónde:

∅8: Diámetro interno del cilindro

d: 3,141592

Despejando la ecuación (16) y calculando el ∅8tenemos lo siguiente:

∅8 � f4Q�d

∅8 � f4Q0,001105 ��d

∅8 � 0,0375 �

∅8 � 3,75 ��

-69-

Con el diámetro interno obtenido procedemos a seleccionar el cilindro hidráulico de

doble efecto en el anexo A del catálogo Cilindros y Cromados donde aproximamos el

diámetro al valor normalizado de 40mm, a continuación detallamos los datos técnicos

del cilindro seleccionado.

Figura 73. Cilindro doble efecto

Fuente. Catálogo cilindros y cromados S.A

Tabla17. Selección del cilindro de doble efecto

DATOS TÉCNICOS DEL CILINDRO Marca Cilindros y cromados Denominación Cilindros estándar de

doble efecto Referencia 701/700 Diámetro interno del cilindro [∅8]

40mm

Diámetro del vástago [∅g]

25mm

Carrera [z] 700mm Símbolo

Fuente. Autores

Calculando la nueva área en función del diámetro seleccionado de 40mm.

� � dQ∅8�4

� � dQS0,04�T�4

-70-

� � 1,2566 Q10M� ��

Luego procedemos a calcular las fuerzas reales que actuaran en el cilindro seleccionado.

Favance � P�bar�x π x D�

40 x0,9S17T

Favance � 140,75�bar�x π x S40mmT� 40 x0,9

Favance � 15.918,44 �N�

Fretorno � P�bar�x π xmD� � �g�n 40 x0,9S18T

Fretorno � 140,75�bar�x π xS S40mmT� � S25mmT�T 40 x0,9

Fretorno � 9.700,3 �N�

Luego procedemos a calcular el caudal requerido por el cilindro, para ello asumimos

que el cilindro saldrá en un tiempo de 15 segundos, aplicamos la siguiente formula.

� � �Q�S19T

Dónde

Q= Caudal requerido por el cilindro [�� /Z]

A= Área del cilindro 1,2566 x10M� �m� � V= velocidad de salida del vástago

Calculamos la velocidad de salida del vástago a partir de la siguiente ecuación:

� � p� S20T

Dónde

z= Carrera del vástago de cilindro [700 ��]. Tabla 17

t= Tiempo de salida del vástago del cilindro�s�. Asumido

-71-

� � 700 ��15Z

� � 46,6 �m�/Z�

Reemplazando los datos en la ecuación (19) y calculando el caudal tenemos:

� � 0,0466 �m/Z�Q1,2566 Q10M� �� 5,86 Q10Mq ��/Z� =0,913 GPM

4.4.1 Presión real del cilindro.Para calcular la presión real a la que está trabajando el

cilindro partimos de la ecuación(15).

� � 15.918,44 �N�1.2566 Q10M� ��

� � 12,67 �Mpa� � 1839 �psi�

Entonces como la presión real del cilindro es menor a la presión estimada

(1839 �psi� r 2000 �psi� ) la selección del cilindro hidráulico de doble efecto es

correcto.

4.5 Diseño de los componentes del brazo curvador

Para realizar este diseño nos ayudamos del software de elementos finitos donde se

establece la fuerza que ejerce en el punto más crítico de cada elemento.

4.5.1 Diseño del tornillo de potencia. Luego diseñamos el tornillo que transmitirá la

fuerza de apriete a la media caña a través del rodillo giratorio.

Figura 74. Tornillo que aprieta el rodillo

-72-

Fuente: Autores

Para esto partimos nuevamente del diagrama de cuerpo libre de la Figura 70.

Entonces de la sumatoria de Fuerzas en el eje X tenemos:

��Q � � � 0(21)

Reemplazando �Q = ��YZU en la ecuación (21) tenemos lo siguiente:

��YZU � � � 0

15.918,44 �B� cos 8,83° � � � 0

� � 15.730�B�

Con el cálculo de esta fuerza procedemos a diseñar el tornillo que aprieta al rodillo de la

siguiente manera.

Figura 75. Variantes que intervienen en un tornillo de potencia.

Fuente: DOBROVOSLKI,Elementos de Máquinas

Determinamos el diámetro del tornillo con base en la resistencia al desgaste de la tuerca

-73-

a partir de la siguiente ecuación.

s` t u �@v�wxyz{(22)

Dónde:

s`: Diámetro medio en �m� �: Constante dependiendo del tipo de tuerca

|}M~�: Resistencia al desgaste en�Mpa� F: Fuerza axial en el tornillo 15730 �N�

Ahora determinamos el valor de � tomando los valores recomendados por Dobrovoslki

y Norton que se muestran a continuación en la siguiente tabla.

Tabla18. Valor de � para tuercas

Fuente: NORTON, Robert L, Diseño de Máquinas

Entonces de la tabla determinamos que el valor de � � 2,5 ya que la tuerca es de una

sola pieza.

A continuación procedemos a determinar el valor de |}M~� con los valores propuestos

por Dobrovoslki en la siguiente tabla.

Tabla19. Valores para resistencia al desgaste


De la tabla determinamos que |}M~� = 12 Mpa

Entonces procedemos a reemplazar los valores ya conocidos en la ecuación (22) y

tenemos lo siguiente.

-74-

s` t f 2S15730T�B�dS2,5T S12Q10^ T�B �� s` � 0,01827 m = 0,72 in

Con este valor obtenido procedemos a determinar los demás valores en la siguiente

tabla teniendo en cuenta que el eje debe tener suficiente resistencia a la fatiga.

Tabla 20. Principales dimensiones de las roscas Acme americana estándar.

Fuente: SHIGLEY,MechanicalEngineering

Entonces seleccionamos la siguiente rosca Acme estándar con los siguientes valores:

s` � 1,375 in= 0,034925 m

d � 1,5in = 0,0381 m

s� � 1,25in = 0,03175 m

p � 0,25in = 0,00635 m

�3 � 1,353 in�= 0,000873 m�

Con estas dimensiones se garantiza una adecuada resistencia al desgaste y al

aplastamiento, la longitud de la tuerca está dada por la siguiente ecuación.

-75-

�� s` (23)

Dónde:

s`: Diámetro mediodel tornillo en �in� �: Constante dependiendo del tipo de tuerca

��: Longitud de la tuerca �in� Figura 76. Longitud de la tuerca

Fuente: DOBROVOSLKI,Elementos de máquinas

Reemplazando los valores en la ecuación (23) tenemos lo siguiente:

�� 2,5 S1,375 �� T � 3,4375 �� 8,73 ��

Verificación de la resistencia del núcleo.El núcleo del tornillo está sometido a una

combinación de compresión y torsión, el esfuerzo normal en los puntos críticos es la

relación entre la fuerza y el área del tornillo, entonces para calcular el esfuerzo cortante

en los puntos críticos es necesario calcular el par de torsión máximo a partir de la

siguiente ecuación.

�̀ � �� \ �8 (24)

Dónde:

�̀ : Par de torsión máximo�B. �� : Par de torsión de subida�B. �� 8: Par resistente del cojinete �B. ��

Entonces procedemos a calcular el �� mediante la siguiente ecuación:

-76-

�� F }��x��v }�M ��

(25)

Dónde:

F: Fuerza axial en el tornillo 15.730 �N� s`: Diámetro mediodel tornillo�1,375 in � o � 0,034925 �� µ � �8 : Coeficiente de fricción para cojinetes planos lubricados

�@: Angulo entre flancos�°� � � F �Avance del tornillo �0,25in� o �0,00635 ��

Ahora determinamos el coeficiente de fricción de 0,15 para cojinetes planos lubricados

para lo cual tomamos la recomendación de NORTON, Robert L. El cual manifiesta que

este valor puede estar 0,1 � �8 t 0,2.

A continuación determinamos �@=0 para roscas cuadradas por su mayor eficiencia,

según recomendación de NORTON, Robert L.

Procedemos a reemplazar los valores determinados en la ecuación (25) y tenemos lo siguiente:

�� 15.730 �N� 0,034925�m�2 0,00635� \ �,�qv�,��q�� ° ��. ¡¢ �£�d0,034925�m� � �,�qS�,��^�q `T�� ° ��. ¡¢ �£�

�� 57,6 �N. m�

Ahora procedemos a calcular el �8 mediante la siguiente ecuación:

�8 � F ¤�}�� (26)

Dónde:

F: Fuerza axial en el tornillo 15.730 �N� s8: Diámetro medio del cojinete �� 8 : Coeficiente de fricción para cojinetes planos lubricados [0,15]

-77-

Ahora procedemos determinar el valor de s8 a partir de la siguiente ecuación:

s8 � }��z¥�}�¦§� (27)

Dónde:

s8`~7: Diámetro máximo del cojinete �� s8`¨©: Diámetro mínimo del cojinete ��

Figura 77. Coeficiente de fricción

Fuente: DOBROVOSLKI, Elementos de Máquinas

Basándonos en otros diseños similares y acogiendo recomendaciones de muchos autores

se opta lo siguiente que s8 � 1,5 s`, entonces s8 � 1,5 x 0,034925 = 0,0523875

Ahora reemplazamos los valores determinados en la ecuación (26) y tenemos:

�8 � 15.730 �N� S0,15TS 0,0523875 �T2

�8 � 61,80 � N. m �

Luego calculamos el valor de �̀ reemplazando los valores de �� y �8 en la ecuación

(24) y tenemos lo siguiente.

�̀ � 57,6 �N. m� \ 61,80 � B. �� ̀ � 119,4 �N. m�

Procedemos entonces ya a calcular el esfuerzo de compresión utilizando la siguiente

ecuación.

-78-

|3 � @Aª (28)

Dónde:

F: Fuerza axial en el tornillo 15.730 �N� �3: Área de esfuerzo a tracción �1,353 �� o �0,000873 �� , Tabla 20

|3: Esfuerzo a tracción �Mpa� Reemplazando los valores en la ecuación (28) y calculando tenemos:

|3 � 15.730 �B�0,000873 ��

|3 � �18�Mpa�

El signo negativo indica que el esfuerzo es a compresión.

También de la misma forma calculamos el esfuerzo cortante utilizando la siguiente

ecuación.

|� � �^ ��v}«¡ (29)

Dónde:

�̀ : Par de torsión máximo�119,4 B. �� s�: Diámetro menor del tornillo � 1,25 �� o �0,03175 �� , Tabla 20

|�: Esfuerzo cortante �Mpa�

Reemplazando los valores en la ecuación (29) y calculando tenemos:

|� � 16 S119,4 B. �TdS0,03175 �T�

|� � 19�Mpa�

Entonces procedemos a determinar el factor de seguridad que está dado por la siguiente

-79-

ecuación.

�_a � S wªw¬ T� \ S ww¬ T� (30)

Dónde:

|3: Esfuerzo a tracción ��18 Mpa� |�: Esfuerzo cortante �19 Mpa� |®: Límite de fluencia del material. Corresponde al acero AISI 4340, igual a

225 �2F�(ver Anexo C)

|®�: Límite cortante del material, igual a 0,577 |® � 0,577 S 225 2FT �129,825 �2F�

Reemplazando los valores en la ecuación (30) tenemos:

1B� � S �18 �Mpa�225 �Mpa� T� \ S 19 �Mpa�129,825�Mpa� T�

1B� � 0,0278

B � 6

Entonces podemos decir que el factor de seguridad N=6 es aceptable.

Verificación de la resistencia a cortante de los filetes. Por recomendación de

NORTON, Robert L el cual manifiesta que

si�� 87,3�� ¯ 0,5 s � 0,5 S 38,1�� °� 20T � 19,05�� , y como 65mm

¯19,05mm no es necesario realizar la verificación de la resistencia al barrido de los filetes

del tornillo.

Entonces se realizara la verificación de la resistencia al cortante de la tuerca a partir de

la siguiente ecuación.

-80-

|� � � @�v}S±��T©P (31)

Dónde:

|�: Esfuerzo máximo cortante [Mpa]

F: Fuerza axial en el tornillo 15.730 �N�. s: Diámetro mayor del tornillo �1,5 in] o [0,0381 m] Tabla 20

F: Paso del tornillo �0,25in� o �0,00635 ��Tabla 20

²³: Coeficientes para roscas estándar

��: Numero de Filetes

Procedemos a determinar el valor de ²³ para eso nos ayudaremos de la siguiente tabla:

Tabla21. Coeficientes ²¨ W ²³ para roscas estándar


De la Tabla. 21 determinamos que el valor de ²³ � 0.5 para roscas cuadradas.

Ahora determinamos el número de filetes �� a partir de la siguiente ecuación:

�� ´� (32)

Dónde:

��: Longitud de la tuerca �0,0873m � F: Paso del tornillo �0,25in� o �0,00635 ��Tabla 20

��: Numero de Filetes


�� 0,0873 m0,00635 �

-81-

�� 13,75 filetes

Con los valores ya conocidos procedemos a calcular |� , esfuerzo máximo cortante

reemplazando los valores en la ecuación (31).

|� � 3 S15.730 NT2dS 0,0381 � TS0,5TS0,00635 � TS13,75T

|� � 4,52 �2F�

El factor de seguridad de la tuerca, con relación a la falla por cortante se obtiene a partir

de la siguiente ecuación.

N � w¬w� (33)

Dónde:

|�: Esfuerzo máximo cortante [4,52Mpa]

|®�: Límite cortante del acero AISI 4340, igual a 129,825 �2F� N: Factor de seguridad


N � 129,825 �2F�4,52 � 2F�

N � 28,7

Entonces podemos decir que el factor de seguridad N=28,7 es aceptable.

Verificación de la resistencia a flexión de los filetes

Para el tornillo. El esfuerzo por flexión en los filetes del tornillo está dado por la


-82-

|��µ7 � � @¶v}«©PS±¦�Ta (34)

Dónde:

|��µ7: Esfuerzo por flexión en los filetes [Mpa]

F: Fuerza axial en el tornillo 15.730 �N� ·: Altura de trabajo del filete

s�: Diámetro menor del tornillo � 1,25 �� o �0,03175 �� , Tabla 20

��: Numero de Filetes [13,75 filetes]

F: Paso del tornillo �0,25in� o �0,00635 ��,Tabla 20

²¨: Coeficientes para roscas estándar [0,5],Tabla 21

Ahora calculando la altura de trabajo del filete nos ayudaremos de la siguiente tabla.

Tabla22. Altura de trabajo del fileteroscas estándar.


De la tabla determinamos que ·= p/2 = 0,00635 � /2 � 0,003175 m.

Reemplazando los valores en la ecuación (34) y calculando el esfuerzo por flexión en

los filetes del tornillo tenemos.

|��µ7 � 3 S15.730 BTS0,003175TdS0,03175 �TS 13,75 �� ZT S0,5 Q 0,00635 �T�

|��µ7 � 10,84 �2F�

Ahora calculamos el factor de seguridad a partir de la siguiente ecuación:

B��µ7 � w¬wP�¸¥ (35)

-83-

Dónde:

|��µ7: Esfuerzo a flexión de los filetes [10,84Mpa]

|®: Límite de fluencia del acero AISI 4340, igual a 225 �2F� B��µ7: Factor de seguridad


N � 225 �2F�10,84 � 2F� N � 20,7


Para la tuerca. El esfuerzo por flexión en los filetes de la tuerca está dado por la


|��µ7 � � @¶v}©PS±��Ta (36)

Dónde:

|��µ7: Esfuerzo por flexión en los filetes [Mpa]

F: Fuerza axial 15.730 �N� ·: Altura de trabajo del filete 0,003175�m� s: Diámetro mayor del tornillo �1,5 in] o [0,0381 m] Tabla 20

��: Numero de Filetes [13,75 filetes]

F: Paso del tornillo �0,25in� o �0,00635 ��Tabla 20

²³: Coeficientes para roscas estándar [0,5] Tabla 21


los filetes de la tuerca tenemos.

|��µ7 � 3 S15.730 BTS0,003175TdS0,0381 �TS 13,75 �� ZT S0,5 Q 0,00635 �T�

|��µ7 � 9,03 �2F�

-84-

Ahora calculamos el factor de seguridad a partir de la siguiente ecuación:

B��µ7 � w¬wP�¸¥ (37)

Dónde:

|��µ7: Esfuerzo a flexión de los filetes de la tuerca [9,03 Mpa]

|®: Límite de fluencia del acero AISI 4340, igual a 225 �2F� B��µ7: Factor de seguridad


N � 225 �2F�9,03 � 2F�

N � 25


Verificación de la resistencia a fatiga

Figura 78. Estados de esfuerzos en la raíz del filete


-85-

Análisis en el punto A (más crítico). Con los valores de los esfuerzos anteriormente

calculados procedemos a realizar el análisis en el punto crítico A del tornillo, partiendo

de las siguientes ecuaciones.

|77 � |��µ7 � 10,84 2F , |®® � 0 , |¹¹ � � ��3 � |3 � �18 2F

|�º» � |�� |� � 192F , |�¼º � 0 , |�»¼ � 0 (38)

Estos valores corresponden a los esfuerzos nominales máximos, Tomando �̀ ¨© � 0 W �̀ `¨© � 0 entonces.

�̀ � �~ � @�(39)

�̀ ` � �̀ ~ � �� (40)

Dónde:

�̀ : Fuerza axial media [Mpa]

�~ : Fuerza alternativa�2F� �̀ `: Par de torsión media [Mpa]

�̀ ~ : Par de torsión alternativa�2F�

Calculando los esfuerzos medios y alternativos, los cuales serán la mitad de los valores

máximos de la ecuación (38) tenemos.

|¼¼` � |¼¼~ � 5,42 2F , |ºº` � |ºº~ � 0 , |»»` � |»»~ � �92F

|�º»` � |�º»~ � 9,52F , |�¼º` � |�¼º~ � |�»¼` , |�»¼~ � 0 (41)

A continuación determinamos el factor de concentración de esfuerzos por fatiga.

Tabla 23. Factores de concentración de esfuerzos por fatiga

-86-

Fuente: FAIRES, V. M.Diseño de elementos de máquinas

De la tabla se determina el factor de concentración de esfuerzos por fatiga y se toma

como ½� � 3,8 , la rosca es tallada, dureza mayor de 200HB (Acero AISI 4340) y el

valor es para rosca cuadrada.

Este valor es válido para carga axial y flexión pero se asume también para torsión,

entonces asumiendo que ½� � ½�` tenemos la siguiente ecuación.

½�� S6T � ½�� S@T � ½�� S�T � ½�` S6T � ½�` S@T � ½�` S�T � ½� � 3.8 (42)

Ahora calculamos los esfuerzos equivalentes a partir de la siguiente ecuación.

�¼¼` � ½�`S6T|¼¼` , �»»` � ½�`S@T|»»`, ¾º»` � ½�` S�T|�º»` (43)

�¼¼~ � ½��S6T|¼¼~ , �»»~ � ½��S@T|»»~, ¾º»~ � ½�� S�T|�º»~ (44)

Dónde:

½�`: Factor de concentración de fatiga al esfuerzo medio

½��: Factor de concentración de esfuerzos por fatiga para vida finita

S2T: Flexión

S�T:Carga axial

S�T: Torsión

Reemplazando los valores en la ecuación (43) y calculando los esfuerzos equivalentes

medios tenemos lo siguiente.

-87-

�¼¼` � 3,8x 5,42Mpa � 20,6 Mpa �»»` � 3,8x � 9 MPa � �34,2 Mpa

¾º»` � 3,8 x 9,5 Mpa � 36,1 Mpa

Reemplazando los valores en la ecuación (43) y calculando los esfuerzos equivalentes

alternativos tenemos lo siguiente.

�¼¼~ � 3,8x 5,42Mpa � 20,6 Mpa �»»~ � 3,8x � 9 MPa � �34,2 Mpa

¾º»~ � 3,8 x 9,5 Mpa � 36,1 Mpa

Como �ºº � �¼º � �»¼ � 0 , Entonces ahora se calculan los esfuerzos equivalentes

resultantes a partir de la siguiente ecuación.

�`µ � ¿�¼¼`� \ �»»`� � �¼¼`�»»` \ 3¾º»`� (45)

�~µ � ¿�¼¼~� \ �»»~� � �¼¼~�»»~ \ 3¾º»~� (46)

Dónde:

�`µ: Esfuerzo equivalente medio [Mpa]

�~µ: Esfuerzo equivalente alternativo [Mpa]

Reemplazando los valores en las ecuaciones (45) y (46) y calculando tenemos:

�`µ � ¿S20,6T� \ S�34,2T� � S20,6TS�34,2T \ 3S36,1T� = 78,8 [Mpa]

�`~ � ¿S20,6T� \ S�34,2T� � S20,6TS�34,2T \ 3S36,1T� = 78,8 [Mpa]

Ahora procedemos a calcular el factor de seguridad partiendo de la ecuación de

Goodman modificada.

O�¸w¸ \ O¸ÀzwÁª � �_ (47)

-88-

Dónde:

�`µ: Esfuerzo equivalente medio 78,8 [Mpa]

�~µ: Esfuerzo equivalente alternativo 78,8 [Mpa]

SÃ: Limite de resistencia a la fatiga

SÅÆ: Resistencia ultima a la tensión

Ahora para determinar la resistencia a la fatiga, utilizamos la ecuación de Marín que se

indica a continuación.

|µ � Ç~ È ÇÉ È Ç8 È Ç} È Çµ È |µÊ (48)

Dónde:

|µ: Límite de resistencia a la fatiga del elemento mecánico en �2F� |µÊ : Límite de resistencia a la fatiga de la muestra en �2F�

|µÊ � 0,5Q|Ë3 (49)

Dónde:

|Ë3: Resistencia ultima a la tensión. Calculado según Shigley

|Ë3 � 3,41QÌÍ �2�� (50)

Dónde ÌÍ � 240 correspondiente a la dureza Brinell del acero AISI 4340. (Ver anexo

C)

Reemplazando el valor en la ecuación (50) y calculando tenemos:

|Ë3 � 3,41Q240�2��

|Ë3 � 818 �2��

Ahora reemplazamos el valor en la ecuación (49) y calculando el límite de resistencia a

la fatiga de la muestra tenemos:

-89-

|µÊ � 0.5Q818 �2�� 409 �2��

Ahora procedemos a calcular los factores de mayoración de esfuerzos

ÎÏ, factor de superficie

Este factor se determina con la siguiente expresión:

Ç~ � È |Ë3É (51)

Donde y ° son factores adimensionales tabulados, según sea el acabado superficial

final que posee el material.

Tabla 24. Constantes del factor de superficie

Fuente: SHIGLEY, Joseph. Mechanical Engineering Desing. pág. 337

De la tablase determina que a = 4,51 Mpa y b= -0,265


Ç~ � 4,51 È S818TM�,�^q

Ç~ � 0,765

ÎÐ, factor de forma y tamaño

Conocido el diámetro menor del tornillos��0,03175 ��, Tabla 20 procedemos a

determinar el valor de ÇÉen la siguiente tabla.

Fuente: SHIGLEY,

Aplicando la relación que muestra la tabla y reemplazando los valores tenemos lo

siguiente

, factor de confiabilidad

Para determinar el factor

la siguiente tabla.

Fuente: SHIGLEY,

De la tabla se determina que

, factor de temperatura

Para determinar el factor

-90-

Tabla 25. Factor de tamaño y forma

Fuente: SHIGLEY, Joseph. Mechanical Engineering Desing. pág. 337


e confiabilidad

Para determinar el factor asumiremos una confiabilidad del 99% y nos ayudaremos de

Tabla 26. Factor de confiabilidad

Fuente: SHIGLEY, JosephMechanical Engineering Desing. pág. 337

etermina que

actor de temperatura

Para determinar el factor nos ayudaremos de la siguiente tabla y asumiendo que el

Engineering Desing. pág. 337


y nos ayudaremos de

Mechanical Engineering Desing. pág. 337

nos ayudaremos de la siguiente tabla y asumiendo que el

-91-

tornillo trabajara a una temperatura menor a 450 °C, entonces tenemos que el valor de

Ç} � 1

Tabla 27. Factor de temperatura

Temperatura CTemperatura

T ≤ 450 °C 1.0

450 °C <T ≤ 550 °C 1- 0.0058 (T – 450 °C)

Fuente: ÁLVAREZ, CadavidDiseño de máquinas, pág. 99

ÎÑ, factor de concentración de esfuerzos

Se considera igual a 1, debido a que no existen cambios en la sección del tornillo en

toda su longitud.

Ahora remplazamos los valores en la ecuación (48) de Marín y calculando tenemos:

|µ � 0,765Q0,856Q0,814Q1Q1Q409 �2��

|µ � 218 �2��

Entonces reemplazando los valores anteriormente calculados en la ecuación (47)

tenemos.

1B � 78,8 �2��218 �2�� \ 78,8 �2��818 �2��

1B � 0,4578

B � 2,18

El coeficiente hallado de N=2,18 es aceptable.

Para verificar el cálculo realizado aplicaremos la siguiente ecuación sin tener en cuenta

-92-

el efecto de concentración de esfuerzos.

|`~7µ � u|¼¼� \ |»»� � |¼¼|»» \ 3|�º»� (52)

Dónde:

|`~7µ: Esfuerzo máximo de Von Mises [Mpa]


|`~7µ � ¿S10,84T� \ S�18T� � S10,84TS�18T \ 3S19T�

|`~7µ = 41,47 [Mpa]

Entonces como:

|`~7µ r w¬_ ;

41,47 [Mpa] r ��q �ÒÓÔ��,�Õ

41,47 [Mpa] r 103,2 [Mpa]

El punto crítico de análisis tiene un factor de seguridad mayor para la fluencia y está

dada por B � w¬w�z¥¸ , entonces tenemos que N = ��q �ÒÖÔ��,�N = 5,43 el cual es un valor

aceptable.

Eficiencia. La eficiencia del tornillo está dada por la siguiente ecuación:

e � @��v��x 100% (53)

Dónde:

: Eficiencia del tornillo�%�.

-93-

�̀ : Par de torsión máximo�119.4B. ��. F: Fuerza axial en el tornillo 15.730 �N�. �:Avance del tornillo �0,00635 ��


e � S�q.N�� _ TS�,��^�q `T�vS��,�_.`T x 100%

e � 13,31 %

Esta eficiencia de 13,31% es bastante baja, para mejorarla puede reducirse el coeficiente

de fricción del tornillo y del cojinete mediante una adecuada lubricación, Además se

podría reemplazar el cojinete deslizante por un rodamiento axial de bolas o rodillos, el

cual absorbe solo una pequeña cantidad de energía.

4.5.2 Diseño del brazo.En este diseño aplicaremos una fuerza de 15.918,44 N, para

lo cual procedemos a modelar el elemento en el software. (Ver Figura. 79)

Figura 79. Fuerzas aplicadas al brazo

Fuente: Autores

El análisis del elemento en el software inicia con un mallado. (Ver Figura. 80)

Figura 80. Mallado del brazo

-94-

Fuente: Autores

Luego de esto el software realiza un análisis al elemento arrojando un valormáximo

según el criterio de Von Mises de 1.330,92 N/m�.(Ver Figura 81)

Figura 81. Análisis del brazo

Fuente: Autores

También el software nos indica el coeficiente de seguridad de 1,8 eq, el cual es el

parámetro de mayor importancia dentro del diseño y en base a este valor nos ayudamos

para decir que el elemento sometido al análisis de esfuerzos resiste perfectamente. (Ver

Figura. 82)


-95-

Fuente: Autores

4.5.3 Diseño de rodillo. En este diseño aplicaremos una fuerza de 15.730 N, para lo

cual procedemos a modelar el elemento en el software. (Ver Figura. 83)

Figura 83. Fuerzas aplicadas en el rodillo

Fuente: Autores


Figura 84. Mallado del rodillo

Fuente: Autores

Luego de esto el software realiza un análisis al elemento arrojando un valor máximo

según el criterio de Von Mises de 349.533 N/m�. (Ver Figura. 85)

Figura 85. Análisis del rodillo

-96-

Fuente: Autores

También el software nos indica el coeficiente de seguridad de 7.1 e�, el cual es el



Figura. 86)

Figura 86. Factor de seguridad del rodillo

Fuente: Autores

4.5.4 Diseño de la media caña. En este diseño aplicaremos una fuerza de 15.730 N,

para lo cual procedemos a modelar el elemento en el software. (Ver Figura. 87)

Figura 87. Fuerzas aplicadas a la media caña

-97-

Fuente: Autores


Figura 88. Mallado del rodillo

Fuente: Autores


según el criterio de Von Mises de 954.838 N/m�. (Ver Figura 89)

Figura 89. Análisis del rodillo

-98-

Fuente: Autores

También el software nos indica el coeficiente de seguridad de 2,6e�, el cual es el



Figura. 90)

Figura 90. Factor de seguridad del rodillo

Fuente: Autores

4.6 Diseño de las prensas

-99-

Para el diseño de las prensas consideramos a la que soportará el mayor esfuerzo en este

caso es la número 4.

Figura 91. Ubicación de prensas

Fuente: Autores

4.6.1 Dimensionamiento de la prensa. En base a la fuerza calculada procedemos

dimensionando las prensas, su configuración está de acuerdo a la necesidad en este caso

sus bases son fijas y las otras partes son abatibles mediante mecanismos de eje y bocín.

Figura 92. Prensa

Fuente: Autores

4.6.2 Diseño del tornillo de la prensa. A Continuación procedemos con el diseño

del tornillo que aprieta el tubo.

-100-

Figura 93. Tornillo de la prensa

Fuente: Autores

Procedemos calculando la fuerza que actúa sobre el tornillo, para ello nos ayudaremos

del diagrama de cuerpo libre con las fuerzas que interviene en este proceso en la prensa

número 5.

Figura 94. Fuerza que actúa en la prensa número 5

Fuente: Autores

Primeramente procedemos a calcular la fuerza �qØ la cual precarga al tubo a partir de la


2�q � �qØQs S54T

Dónde:

-101-

2�q: Momento flector en la prensa 5�B. �� qØ: Fuerza que produce flexión al tubo �B � s: Distancia entre la fuerza y la prensa número 5�0,92 m�

Reemplazando d en la ecuación (54) tenemos lo siguiente:

2�q � 0,92 �qØS55T

Ahora reemplazamos la ecuación (55) en la ecuación (54).

0,92 �qØ � �� Q R�

�qØ � �� Q R0,92�

�qØ � 295Q10^ Ù _̀aÚ Q1,413b10MN��0,92S0,025 �� T

�qØ � 1.812,33 B

Ahora calculando la fuerza �� la cual deformará al tubo partimos de la siguiente

ecuación.

Figura 95. Fuerza que actúa en la prensa número 4

Fuente: Autores 2�q � ��Qs�S56T

-102-

Dónde:

2�q: Momento flector en la prensa 5�B. �� : Fuerza que se aplica en la prensa 4 �B � s: Distancia entre la fuerza y la prensa número 5�0,82 m�

Reemplazando s� en la ecuación (56) tenemos lo siguiente:

2�q � 0,82 �qS57T

Ahora reemplazamos la ecuación (57) en la ecuación (9).

0,82 �q � 3�� Q R2�

�q � 3�� Q R1,64 �

�q � 3 Q 295Q10^ Ù _̀aÚ Q1,413b10MN��1,64 S0,025 �� T

�q � 3.050 B

Ahora procedemos a calcular las reacciones en las prensas número 4 y número 5 en base

a la fuerza aplicada F= 15.730 [N] a partir del siguiente diagrama de cuerpo libre.

Figura 96. Reacciones en las prensas número 4 y prensa número 5

Fuente: Autores

Partimos de la sumatoria de momentos en el punto 4 mediante la siguiente ecuación:

-103-

2�� 15.730 �B� Q 0,1�� qQ 0,82 �� 0 S58T

Calculando �q tenemos:

�q � 15.730 �B� Q 0,1��0,82 ��

�q � 1.918,3 �N�

Ahora calculando la reacción �� partiendo de la siguiente ecuación tenemos:

� � �� q � 0S59T

Despejando �q y calculando tenemos:

�q � � � ��

�q � 15.730 �B� � 1.918,3 �N]

�q � 13.811,7 �B�

Con el valor calculado procedemos a diseñar el tornillo de potencia de la prensa

procediendo de la siguiente forma.

Entonces de la tabla 18 determinamos que el valor de � � 2,5 ya que la tuerca es de

una sola pieza.

A continuación procedemos a determinar el valor de |}M~� = 12 Mpa con los valores

propuestos por Dobrovoslki en la Tabla. 19

Reemplazamos los valores en la ecuación (22) tenemos lo siguiente:

s` t f 2S13.811,7 T�B�dS2,5T S12Q10^ T�B �� s` � 0,0171 m = 0,67 in

-104-

Con este valor obtenido procedemos a determinar los demás valores en la Tabla. 20

teniendo en cuenta que el eje debe tener suficiente resistencia a la fatiga.

Entonces la rosca Acme estándar seleccionada tiene los siguientes valores:

s` � 1,025 in = 0,026035

d � 1,125in = 0,028575

s� � 0,925 in = 0,023495

p � 0,2 in = 0,00508

�3 � 0,747 in� = 0,000482 m�

Con estas dimensiones se garantiza una adecuada resistencia al desgaste y al

aplastamiento, la longitud de la tuerca está dada por la ecuación (23).

�� 2,5 S1,025 �� T � 2,5625 �� 6,5 ��

Verificación de la resistencia del núcleo. El núcleo del tornillo está sometido a una

combinación de compresión y torsión, el esfuerzo normal en los puntos críticos es la

relación entre la fuerza y el área del tornillo, entonces para calcular el esfuerzo cortante

en los puntos críticos es necesario calcular el par de torsión máximo a partir de la

ecuación (24).

Para ello procedemos a calcular el �� mediante la ecuación (25).

Ahora determinamos el coeficiente de fricción de 0,15 para cojinetes planos lubricados

para lo cual tomamos la recomendación de NORTON, Robert L. El cual manifiesta que

este valor puede estar 0,1 � �8 t 0,2.

A continuación determinamos �@=0 para roscas cuadradas por su mayor eficiencia,

según recomendación de NORTON, Robert L.

También tenemos que l = p = 0,00508m

Procedemos a reemplazar los valores determinados en la ecuación (25) y tenemos lo

-105-

siguiente.

�� S13.811,7 T�B� 0,02605�m�20,00508� \ �,�qv�,��^�q�� °S��.Õ��,N T�_�d 0,02605�m� � �,�qS�,��q�Õ `T�� °S��.Õ��,N T�_�

�� 38,5 �N. m�

Ahora procedemos a calcular el �8 mediante la ecuación (26).

Ahora procedemos a determinar el valor de s8 a partir de la ecuación (27).

Figura 97. Cojinetes de empuje para una prensa de tornillo

Fuente: DOBROVOSLKI, Elementos de Máquinas

Entonces dc = dr/2 = 0,01798 m/ 2 = 0,00899

Reemplazando el valor en la ecuación (26) y calculando tenemos:

�8 � 13.811,7�N� S0,15TS 0,039075 �T2

�8 � 40,47 � N. m � Luego calculamos el valor de �̀ reemplazando los valores de �� y �8 en la ecuación

-106-

(24) y tenemos lo siguiente.

�̀ � 38,5 �N. m� \ 40,47 � B. ��

�̀ � 78,97 �N. m�

Procedemos entonces ya a calcular el esfuerzo de compresión utilizando la ecuación

(28).

|3 � 13.811,7 �B�0,000482 ��

|3 � �28,6�Mpa� , El signo negativo indica que el esfuerzo es a compresión.

También de la misma forma calculamos el esfuerzo cortante utilizando la ecuación (29).

|� � 16 S78,97 B. �TdS0,023495 �T�

|� � 31�Mpa�

Entonces procedemos a determinar el factor de seguridad que está dado por la ecuación

(30).

1B� � S �28,6 �Mpa�225 �Mpa� T� \ S 31 �Mpa�129,825�Mpa� T�

1B� � 0,07317

B � 3,7


-107-

Verificación de la resistencia a cortante de los filetes

Por recomendación de NORTON, Robert L. El cual manifiesta que si�� 65�� ¯0,5 s � 0,5 S28,6 �� °� 20T � 14,3�� , y como 65mm ̄ 14,3mm no es

necesario realizar la verificación de la resistencia al barrido de los filetes del tornillo.

Entonces se realizara la verificación de la resistencia al cortante de la tuerca a partir de

la ecuación (31).

Determinaos que el valor de ²³= 0,5 para rosca cuadrada de la Tabla. 21

Ahora determinamos el número de filetes �� a partir de la ecuación (32).

�� 0,065 m0,00508 �

�� 12,8 filetes

Con los valores ya conocidos procedemos a calcular |� , esfuerzo máximo cortante

reemplazando los valores en la ecuación (31).

|� � 3 S13.811,7 NT2dS 0,028� TS0,5TS0,00508 � TS12,8T

|� � 7,24 �2F�

El factor de seguridad de la tuerca, con relación a la falla por cortante se obtiene a partir

de la ecuación (33).


N � 129,825 �2F�7,24� 2F�

-108-

N � 17,9 Entonces podemos decir que el factor de seguridad N=17,9 es aceptable.

Verificación de la resistencia a flexión de los filetes

Para el tornillo

El esfuerzo por flexión en los filetes del tornillo está dado por la ecuación (34).

Calculando la altura de trabajo del filete nos ayudamos de la tabla 22 y determinamos que

·= p/2 = 0,00508 � /2 � 0,00254 m.

También determinamos ²¨: Coeficientes para roscas estándar [0,5] de la Tabla. 21


los filetes del tornillo tenemos:

|��µ7 � 3 S13.811,7 BTS0,00254�TdS0,023495 �TS 12,8 �� ZT S0,5 Q 0,00508 �T�

|��µ7 � 17,27 �2F�

Ahora calculamos el factor de seguridad a partir de la ecuación (35).

N � 225 �2F�17,27 � 2F�

N � 13


Para la tuerca

El esfuerzo por flexión en los filetes de la tuerca está dado por la ecuación (36)

-109-

|��µ7 � 3 S13.811,7 BTS0,00254�TdS0,028 �TS 12,8 �� ZT S0,5 Q 0,00508 �T�

|��µ7 � 14,49 �2F�

Ahora calculamos el factor de seguridad a partir de la ecuación (37).

N � 225 �2F�14,49 � 2F�

N � 15,53


Verificación de la resistencia a fatiga

Análisis en el punto A (más crítico). Con los valores de los esfuerzos anteriormente

calculados procedemos a realizar el análisis en el punto crítico A del tornillo, partiendo

de la ecuación (38).

|77 � |��µ7 � 17,27 2F , |®® � 0 , |¹¹ � � ��3 � |3 � �28,6 2F

|�º» � |�� |� � 312F , |�¼º � 0 , |�»¼ � 0

Estos valores corresponden a los esfuerzos nominales máximos, Tomando �̀ ¨© � 0 W �̀ `¨© � 0 , entonces tomando a consideración las ecuaciones (39) y (40) y

calculando los esfuerzos medios y alternativos, los cuales serán la mitad de los valores

máximos de la ecuación (38) tenemos.

|¼¼` � |¼¼~ � 8,635 2F , |ºº` � |ºº~ � 0 , |»»` � |»»~ � �14,32F

|�º»` � |�º»~ � 15,5 2F , |�¼º` � |�¼º~ � |�»¼` � |�»¼~ �0

-110-

De la Tabla. 23 se determina el factor de concentración de esfuerzos por fatiga y se

toma como ½� � 3,8 , la rosca es tallada, dureza mayor de 200HB (Acero AISI 4340) y

el valor es para rosca cuadrada.

Este valor es válido para carga axial y flexión pero se asume también para torsión,

entonces asumiendo que ½� � ½�` y la referencia de la ecuación (42) procedemos

calculando los esfuerzos equivalentes a partir de la ecuación (43) y (44).

�¼¼` � 3,8x 8,635Mpa � 32,82 Mpa �»»` � 3,8x � 14,3 MPa � �54,34 Mpa

¾º»` � 3,8 x 15,5 Mpa � 58,9 Mpa

�¼¼~ � 3,8x 8,635Mpa � 32,82 Mpa �»»~ � 3,8x � 14,3 MPa � �54,34 Mpa

¾º»~ � 3,8 x 15,5 Mpa � 58,9 Mpa

Como �ºº � �¼º � �»¼ � 0 , Entonces ahora se calculan los esfuerzos equivalentes

resultantes a partir de las ecuaciones (45) y (46).

Reemplazando los valores en las ecuaciones (45) y (46) y calculando tenemos:

�`µ � ¿S32,82T� \ S�54,34T� � S32,82TS�54,34T \ 3S58,9T� = 127 [Mpa]

�`~ � ¿S32,82T� \ S�54,34T� � S32,82TS�54,34T \ 3S58,9T� = 127 [Mpa]

Ahora procedemos a calcular el factor de seguridad partiendo de la ecuación

(47)Goodman modificada.

Para aplicar la ecuación (47) calculamos |µ a partir de la ecuación (48) en las mismas

condiciones para los factores de mayoración de esfuerzos que en el tornillo de potencia

que aprieta el rodillo y determinamos que |µ � 141 �2��.

-111-

Ahora calculamos |Ë3 � 3,41Q240�2�� 818 �2�� a partir de la ecuación (50).

Entonces reemplazando los valores en la ecuación (47) y calculando tenemos:

1B � 127 �2��218 �2�� \ 127 �2��818 �2�� 1B � 0,74

B � 1,35

El coeficiente hallado de N=1,35 es aceptable.

Para verificar el cálculo realizado aplicaremos la ecuación (52) sin tener en cuenta el

efecto de concentración de esfuerzos.

|`~7µ � ¿S17,27T� \ S�28,6T� � S17,27TS�28,6T \ 3S31T�

|`~7µ = 67 [Mpa]

Entonces como:

|`~7µ r w¬_ ;

67 [Mpa] r ��q �ÒÓÔ��,�q

67 [Mpa] r 166,6[Mpa]

El punto crítico de análisis tiene un factor de seguridad mayor para la fluencia y está

dada por B � w¬w�z¥¸ , entonces tenemos N = ��q �ÒÖÔ�^N = 3,36 el cual es un valor

aceptable.

-112-

Eficiencia. La eficiencia del tornillo está dada por la ecuación (53).

e � @��v��x 100% (53)

Dónde:

: Eficiencia del tornillo�%�. �̀ : Par de torsión máximo�78,97B. ��. F: Fuerza axial en el tornillo 13.811,7 �N�. �:Avance del tornillo �0,00508 ��


e � S��.Õ��,N _ TS�,��q�Õ `T�vSNÕ,�N_.`T x 100%

e � 14,1 %

4.6.3 Diseño de la media caña de la prensa. El diseño de la mediacaña es en

relación al área donde se ejerce la fuerza del tornillo de la prensa y el tubo aprensar,

recordando de no dañar las superficies. (Ver Figura. 98)

Figura 98. Dimensionamiento de la media caña de la prensa

Fuente: Autores

-113-

En este diseño aplicaremos una fuerza de 13.811,7 N para lo cual procedemos a

modelar el elementoen el software. (Ver Figura. 99)

Figura 99. Fuerzas aplicadas a la media caña de la prensa

Fuente: Autores


Figura 100. Mallado de la media caña de la prensa

Fuente: Autores

-114-


según el criterio de Von Mises de 8900000N/m�. (Ver Figura 101)

Figura 101. Análisis del brazo

Fuente: Autores

También el software nos indica el coeficiente de seguridad de 2,8 el cual es el



Figura. 102)


Fuente: Autores

-115-

4.7 Diseño del bastidor

Para el diseño del bastidor partimos de la representación gráfica. (Ver Figura. 103)

Figura 103. Bastidor

Fuente: Autores

Ahora para verificar mediante el software que hemos venido manejando dividimos el

bastidor en 2 partes: los parantes y las bases.

4.7.1 Los parantes. El diseño de los parantes del bastidorpartimos dimensionándolo.

(Ver Figura. 104)

Figura 104. Dimensionamiento de los parantes del bastidor

-116-

Fuente: Autores

En este diseño aplicamos una fuerza de 549 N,para lo cual procedemos a modelar el

elemento en el software. (Ver Figura. 105)

Figura 105. Fuerzas aplicadas en los parantes del bastidor

Fuente: Autores


Figura 106. Mallado de los parantes del bastidor

Fuente: Autores


según el criterio de Von Mises de 189700N/m�.(Ver Figura 107)

Figura 107. Análisis de los parantes del bastidor

-117-

Fuente: Autores

También el software nos indica elcoeficiente de seguridad de 1,31 e�, el cual es el



Figura. 108)

Figura 108. Factor de seguridad de los parantes del bastidor

Fuente: Autores

4.7.2 Las bases.El diseño de las bases del bastidorpartimos dimensionándolo. (Ver

Figura. 109)

Figura 109. Dimensionamiento de las bases del bastidor

-118-

Fuente: Autores

En este diseño aplicamos una fuerza de 549 N,para lo cual procedemos a modelar el

elemento en el software. (Ver Figura. 110)

Figura 110. Fuerzas aplicadas a las bases del bastidor

Fuente: Autores


Figura 111. Mallado de las bases del bastidor

Fuente: Autores


según el criterio de Von Mises de 2562000N/m�.(Ver Figura 112)

-119-

Figura 112. Análisis de las bases del bastidor

Fuente: Autores

También el software nos indica el coeficiente de seguridad de 9,75 el cual es el



Figura. 113)

Figura 113. Factor de seguridad de las bases del bastidor

Fuente: Autores

4.8 Selección del motor eléctrico

La potencia en un sistema hidráulico está dada por la siguiente formula:

Pot � PxQ1714 S28T

Donde

-120-

Pot=potencia [HP]

Q = Caudal 0,913 [GPM] Calculada

P = Presión 1.839 �FZ�� Calculada

Reemplazando los datos en la ecuación (28) y estimando una eficiencia del sistema del

50% tenemos.

�Y� �Ì�� 1.839 �FZ��Q0,913�GPM�1.714Q0,5

�Y� �Ì�� 1,96

Con la potencia eléctrica calculada se selecciona en la tabla un motor eléctrico trifásico

de eficiencia estándar marca WEG de 3HP de potencia para precautelar que el sistema

no tenga ningún tipo de inconvenientes.

Tabla 28. Motores trifásicos WEG

Fuente. www.weg.net

4.8.1 Circuito eléctrico delmotor.El circuito de potencia para el motor está

compuesto por fusibles incorporados a las líneas (L1, L2, L3); el brequetrifásico y relé

térmico de protección representados en la Figura.114

Figura 114. Circuito de potencia

-121-

Fuente: Autores

4.9 Sistema de transmisión

4.9.1 Selección de la Banda. La selección de la banda más adecuada se la hace en

función de la potencia y la velocidad del motor eléctrico como se muestra continuación

en la Figura. 115

Figura 115. Selección de la sección de la banda


De la Figura. 115 se determina que la sección de la banda es tipo A.

-122-

Otra alternativa de la selección de bandas en V.

Figura 116. Selección de Bandas en V industrial de sección angosta

Fuente: MOTT, Robert L. Diseño de elementos de máquinas,pág. 274

4.9.2 Cálculo y selección de las poleas.Con la potencia del motor eléctrico y la

sección de la correa seleccionamos el diámetro mínimo de la polea conductora

recomendada. (Ver Tabla 29)

Tabla 29. Diámetro recomendado de polea conductora.

Fuente: Shigley´s Mechanical Engineering, Pág. 879

La polea conductora según la tabla tiene un diámetro recomendado mínimo de 3 �� Otra alternativa de selección del diámetro mínimo de la polea menor o la polea

conductora es la siguiente.

Tabla 30. Diámetro recomendado de polea conductora.

-123-

Fuente: MOTT, Robert L. Diseño de elementos de máquinaspág. 275

Como se puede ver el diámetro de la polea conductora es de 3 ��.

4.9.2.1 Determinación del diámetro de la polea conducida.Ahora para determinar el

diámetro de la polea conducida nos respaldamos en lo que Mott, Robert L dice “Una

banda determinada puede manejar mayor potencia a medida que aumenta la relación de

velocidades, hasta una relación aproximada de 3,38”.

Los incrementos mayores tienen poco efecto y también pueden causar problemas con el

ángulo de contacto de la polea menor. (MOTT, 2006 pág. 274)

La relación de transmisión que existe entre diámetro y las velocidades de las poleas del

sistema de transmisiónes dada por la siguiente ecuación.

� � ß} � ©�©a (60)

Dónde:

� : Relación de transmisión. �3,38�

-124-

D: Diámetro de la polea conducida �� d:Diámetro de la polea conductora. 3 �� : Velocidad de la polea conductora. 1730 ��F�� : Velocidad angular de la polea conducida. � �F��

Despejando D en la ecuación (60) y reemplazando los valores tenemos:

à � �Qs

à � 3,38Q3��.

à � 10,14��.

4.9.2.2 Selección de las poleas. Calculados los diámetros primitivos de las poleas se

confirma en los catálogos de poleas con diámetros normalizados existentes en el

mercado nacional y se obtiene el siguiente resultado.

Tabla 31.Selección de diámetro de poleas conducida y conductora

-125-

Fuente: ROFLEX, Catálogo

En la Tabla.31 se determina lo siguiente:

Tabla 32. Poleas seleccionadas

POLEA DIÁMETRO SELECCIONADO

�áá� Conductora 80

Conducida 250

Relación de

transmisión real 3,123

Fuente: Autores

4.9.2.3 Distancia entre centros. En la Figura. 117 se observa un esquema del sistema

de transmisión por bandas en la cual se muestra los diámetros de las poleas y la

distancia entre los centros de los ejes de las poleas a calcularse.

Figura 117. Sistema de transmisión por bandas.

-126-

Fuente: Autores

Para calcular la distancia entre los ejes de las poleas partimos de las siguientes

ecuaciones.

Para 1 � � � 3

â t S¨��T}� \ s (61)

Para � ¯ 3

â t à (62)

Partiendo del conocimiento del diámetro de la polea conductora y la relación de

transmisión de 3,125 aplicamos la ecuación (62) y estimamos la distancia entre centros

de: â � 30�� = 11,81 ��

4.9.2.4 Longitud de la banda.La longitud primitiva de la banda (Lp) de una

transmisión se calcula directamente a partir de la siguiente expresión.

�F � 2Qâ \ v� QSs \ àT \ SßM}Ta�7ã (63)

Dónde:

â: Distancia entre centros de los ejes e las 11,81 �� à:Diámetro de la polea conducida 10�� s: Diámetro de la polea conductora 3, 15 �� F: Longitud primitiva de la banda.

-127-

d : pi 3,141592


�F � 2Q11,81�� \ 1,57QS3,15�� \ 10 ��T \ S9,84� �� 3,15 ��T�4Q11,81 ��

�F � 45,27 �� ä 114,9 ��

Con este dato revisamos en el catálogo correspondiente y obtenemos lo siguiente:

Tabla 33. Longitud primitiva de correas trapezoidales.

Fuente: ROFLEX, Catálogo

De la Tabla. 33 se obtiene la longitud normalizada 1.198�� ä 47,16 ��

Con la longitud calculada la longitud �F de la banda y la longitud normalizada

determinada �© se calcula nuevamente la distancia entre centros de los ejes de las

poleascon la siguiente ecuación.

â8 � â å æ´�M´§� æ (64)

Dónde:

â8: Distancia entre los centros de los ejes de las poleas

Lè: Longitud normalizada de la banda 47,16 �in�

-128-

Se debe considerar que cuando, �F < �© el signo debe ser + y cuando, �F ¯ �© el signo

debe -, entonces reemplazando los datos en la ecuación (64) y calculando tenemos.

â8 � 11,81 �� ê 45,27 �� 47,16��2 ê â8 � 13,7 �� ä 34,8 ��

4.9.2.5 Ángulo de contacto de la banda con la polea menor. La polea determinante en

el diseño y en la duración de la vida útil de la banda es la de menor diámetro. Por tal

razón, es necesario conocer el ángulo de contacto sobre esta polea.

Para determinar el ángulo de contacto (A) de la banda sobre la polea menor se realiza

aplicando la siguiente ecuación.

� � 180° � 57Q ëßM}ã� ì ¯ 120°(65)

Donde,

A=Angulo de contacto sobre la polea menor

C�îDistancia entre ejes de poleas

d = Diámetro de la polea conductora

D = Diámetro de la polea conducida


� � 180° � 57x ï9,84 �� 3,15 ��12�� ð

� � 148.2 ° ¯ 120°

4.9.2.6 Potencia transmitida efectiva por la banda

Para el cálculo de la potencia efectiva partimos de la siguiente expresión:

�~ � s È ��Ê È ÙÇ� � ña} � Ç� È Ss È ��ÊT� � Ç� È �YVSs È ��ÊTÚ \ Ç� È ��Ê È ë1 � �ñÁì(66)

-129-

Donde:

�~: Potencia efectiva por banda en �½²� s: Diámetro de la polea conductora, 80 ��. ÇË: Factor por razón de transmisión

��Ê: Mil revoluciones por minuto en la polea rápida 1,73

Ç�, Ç�, Ç�, Ç�, Factores empíricos evaluables.

Procedemos a determina el valor de los factores enunciados anterioriormente en la

formula anterior.

Tabla 34. Factor por razon de transmision ÇË.

Fuente: FAIRESDiseño de elementos de máquinas, pág.600

El valor de kÅ � 1,14 seleccionado en base a un D/d � 3,125.

Luego procedemos a calcular los valores Ç�, Ç�, Ç� W Ç� en la Tabla.35 que se muestra

continuación.

Tabla 35. Factores de cálculo Ç�, Ç�, Ç� W Ç� en base al perfil de la banda

Fuente: Dr. GONZÁLEZ, Gonzalo, Transmisiones por correas en V, Pág. 22.

-130-

Entonces para un perfil normal tipo A la tabla determina el siguiente resultado:

Ç� � 0,03826 , Ç� � 1,232 , Ç� � 7,04Q10M� , Ç� � 0,006244

Reemplazando los valores en la ecuación (66) y calculando tenemos lo siguiente:

�~ � 80Q1,73Q ó0,03826 � 1,23280 � 7,04Q10M�QS80Q1,73T�

� 0,006244 Q �YVS80 È 1,73Tô \ 1,232Q1,73Q õ1 � 11,14ö

�~ � 1,556 ó ½²�Y�� ô � 2,11 �ÌF/ �Y��

4.9.2.7 Calculo del número de bandas

p t ØxØzÈ8÷È8ø (67)

Siendo:

�}: Potencia de diseño, 1,96 �ÌF� p: Cantidad de bandas

�~: Potencia nominal transmitida por la banda, 2,11�ÌF/�Y�� ù: Coeficiente de corrección del arco de contacto de la polea conductora

�´: Coeficiente de corrección por longitud de banda

Procedemos a calcular el coeficiente de corrección del arco de contacto de la polea

conductora en la siguiente tabla.

Tabla 36. Coeficiente de arco de contacto.

-131-

Fuente: SHIGLEY Mechanical Engineering,Pág 882.

Como úMûü � �q� ��MÕ� ��Õ �� 0,49; entonces interpolando los valores obtenidos en la

Tabla. 36 se tiene que cý : � 0,931

Para determinar el �´Coeficiente de corrección por longitud de banda nos ayudamos de

la Tabla. 37

Tabla 37. Coeficiente de corrección por longitud de banda

Fuente: ROFLEX, Catálogo de bandas trapezoidales

Para una banda Bº46, determinamos el coeficiente de corrección por longitud de�´ �0,92

Reemplazamos los valores de �ù W �´calculados, en la ecuación (67) para determinar z

entonces.

p � 1,96 �ÌF�2,11 �ÌF�x0,931x0,92

p � 1,27 �°�sZ�

Con el resultado obtenido el valor calculado se aproxima a un número entero superior.

Entonces p � 2 �bandas�

4.9.2.8 Velocidad de la banda.La velocidad debe ser lo mayor posible sin superar la

velocidad máxima recomendada.

-132-

� � v7©�7}^�7�� ̀ á7 (68)

Dónde:

�̀ á7 � 25 … … … 30�m/s� para correa de per�il normal �̀ á7 � 35 … … … 45�m/s� para correa de per�il estrecho

�: Velocidad de la banda en ��/Z�. �� Velocidad de la polea conductora1730 �rpm� s � Diametro de la polea conductora 80 �mm�


� � 0,0523x1730 ��F��x80 ��1000

� � 7,23 ��/Z� r �̀ á7

Los datos técnicos de la banda seleccionada se indican en la Tabla.38

Tabla38. Selección de la banda SELECCIÓN DE LA BANDA

Tipo Designación Distancia entre ejes Cantidad de bandas Velocidad de las bandas

� B° 46 â8 � 348 �� 2 7,23 ��/Z� Fuente: Autor

4.9.2.9 Factor de seguridad. El factor de seguridad está determinado por la siguiente

ecuación.

�Z � Øx7¹Øz7ñ� (69)

Dónde:

�Z: Factor de seguridad.

�}: Potencia diseño, igual a 1,96�ÌF�. �~: Potencia nominal, igual a 2,11 �ÌF�.

-133-

p: Número de bandas, igual a 2 �°�sZ�. Ç�: Factor de servicio.

Entonces determinamos el factor de servicio Ç� en la Tabla. 39

Tabla 39. Factor de servicio

Fuente: SHIGLEY Mechanical Engineering,Pág. 882.

Determinamos que Ç� � 1,2 para un torque normal.


�Z � 1,96 �ÌF�x22,11 �ÌF�x1,2

�Z � 1,8

El factor de seguridad de 1,8 es aceptable.

4.9.2.10 Fuerza transmitida por las bandas. En la banda en V se produce una fuerza

centrífuga �8É, la cual se calcula a partir de la siguiente ecuación.

�8É � ½8Q ë ��ì�

(70)

Dónde:

�8É: Fuerza centrífuga de la banda,��°� ½8: Factor constante

�: Velocidad de la banda, 7,23 �� Z⁄ � � 1.423,23 ��/��

Entonces determinamos el factor constante ½8 en la Tabla. 40

-134-

Tabla 40. Factor ½8

Fuente: SHIGLEYMechanical Engineering,Pág. 883

De acuerdo al tipo de perfil de la banda, en nuestro caso perfil tipo A tenemos que

½8 � 0,561.


�8É � 0,561x ï1.423,23 ��/��1000 ð

�

�8É � 1,136 ��°� � 0,52 �½V�

La fuerza que es transmitida está dada por la siguiente expresión:

∆� � �� (71)

Dónde:

∆�, Variación de la fuerza en ��°� ��, Fuerza de la banda lado tenso en ��°� ��, Fuerza de la banda lado flojo ��°�

Pero ∆� está dada en función de los siguientes parámetros mostrados en la siguiente

ecuación.

∆� � ^��q7Øx©�7ëx

aì7¹ (72)

Dónde:

�}: Potencia corregida, 1,96 �ÌF�

-135-

p: Número de bandas,2�°�sZ� s: Diámetro de la polea conductora3,15 �� : Revoluciones por minuto de la rueda conductora, igual a 1730 ��F��


∆� � 63025x1,96 �ÌF�1730 ��F��x ë�,�q �¨©�

� ì x2

∆� � 26,6 ��°� � 12,06 �½V�

Luego procedemos a calcular la fuerza ��, partir de la siguiente ecuación:

�� 8É \ ∆@7µ�µ�M� (73)

Dónde:

�: Coeficiente de rozamiento entre la banda y la polea

: Ángulo de contacto de la banda en la polea donde se va a calcular las tensiones ��s�

Entonces procedemos a calcular a partir de la siguiente ecuación:

� 180° � 2QZ �M� ëßM}�7ã�ì(74)

� 180° � 2xZ �M� ï250 �� 80��2x304,9�� ð

� 147,6° � 2,58 ��s�

Luego para determinar el valor de � respecto a las superficies de contacto entre el

caucho sobre aluminio nos respaldamos en el anexo que � � 0,35.

Reemplazando los valores en la ecuación 73 y calculando tenemos:

Posteriormente determinamos el valor de

calculados en la ecuación

Tensiones máximas en la banda.

se determina con las siguientes ecuaciones.

Dónde:

: Tensiones máximas en

: Factor de tensión de esfuerzo de tensión máxima

: Diámetro de la polea conductora

: Diámetro de la polea conducida 9,

Entonces procedemos a determinar el valor

máxima en la Tabla. 41

Tabla 41

Fuente:

-136-

Posteriormente determinamos el valor de despejando y reemplazando los val

calculados en la ecuación (70).

Tensiones máximas en la banda. Para el cálculo de las tensiones máximas en la banda

se determina con las siguientes ecuaciones.

: Tensiones máximas en la banda

Factor de tensión de esfuerzo de tensión máxima

: Diámetro de la polea conductora

o de la polea conducida 9,84

Entonces procedemos a determinar el valor : Factor de tensión de esfuerzo de tensión

Tabla 41. Factor de esfuerzo de tensión máxima

Fuente: SHIGLEY Mechanical Engineering, Pág. 883

despejando y reemplazando los valores

Para el cálculo de las tensiones máximas en la banda

(75)

(76)

Factor de tensión de esfuerzo de tensión

883

-137-


½É � 220.

Reemplazando los valores en la ecuación (75) y (76) tenemos lo siguiente:

�� 45,87��°� \ 2203,15�� 19,27 ��°� \ 2209,84 ��

�� 115,7 ��°� � 514,27�B� �� 41,63 ��°� � 185 �B�

4.9.2.11 Número de pasadas.Para el cálculo del número de pasadas se parte de la


B� � óë ñ��ìMÉ \ ë ñ�aìMÉôM� (77)

Dónde:

NÓ: Número de pasadas

k y b: Parámetros de durabilidad de la banda

T� y T�: Tensiones máximas en la banda, 115,7 � lb�y 41,63 �lb�, respectivamente

Entonces procedemos a determinar el valor de los parámetros de durabilidad de la banda

k y b en la Tabla. 42

Tabla 42. Parámetros de durabilidad de la banda Ç y °

Fuente: SHIGLEY Mechanical Engineering,Pág. 884

-138-


Ç � 674y° � 11,089

Reemplazando los valores en la ecuación (77) y calculando se tiene lo siguiente:

B� � �õ 674115,7��°�öM��,�Õ� \ õ 67441,63 ��°�öM��,�Õ� M�

B� � 306,690Q10^�FZsZ�

Posteriormente con este valor calculado se procede a obtener el tiempo de durabilidad

de la banda en horas con la siguiente ecuación.

� � _{7´§N��7� (78)

Dónde:

t: Tiempo de vida útil de la banda en �h� NÓ: Número de pasadas 306,690x10^�pasadas� Lè: Longitud normalizada de la banda 45,67 �in� V: Velocidad de la banda, igual a 2677,17 �ft/min�

Reemplazando los valores en la ecuación (78) se tiene:

t � 306,690Q10^�FZsZ�x45,67 ��720x1423,23 ��/��

t � 13.667,6 �·�

4.10 Cálculo y diseño del sistema hidráulico

Con la fuerza Pc calculada anteriormente procedemos a calcular y seleccionar cada uno

de los accesorios y elementos que compone el sistema hidráulico, a continuación se

muestra el diagrama de nuestra máquina.

-139-

Figura 118. Diagrama hidráulico

Fuente: Autores

Al poner en marcha el motor eléctrico se transmite movimiento la bomba hidráulica la

cual erogael aceite al sistema hidráulico, la válvula direccional en la posición central

debe hacer retornar el aceite al reservorio, cuando se acciona la válvula a la posición de

la izquierda el cilindro realiza el avancepara efectuar el trabajode curvar el tubo; y,

cuando se acciona la válvulaen la posición de la derecha el cilindro retorna a su posición

inicial.

4.10.1 Selección de la bomba hidráulica. Para seleccionar la bomba adecuada

debemos determinar el desplazamiento volumétrico que utilizará el sistema, por lo que

partimos de la siguiente ecuación.

-140-

à � ��2 Q 231��2 S79T

Dónde:

Dv: Desplazamiento volumétrico de la bomba hidráulica [�� /� ]

GPM: Máximo caudal requerido por el sistema 0,913 GPM

RPM: Revoluciones por minuto a la que girara la bomba

Entonces procedemos a determinar las RPM a la que girara la bomba a partir de la

ecuación de la relación de transmisión.

� � às � ��

��S80T

Dónde:

� : Relación de transmisión,�3,123� D: Diámetro de la polea conducida 9,84 �� Tabla. 24

d: D: Diámetro de la polea conductora, 3,15 �� Tabla. 24

��: Velocidad de la polea conductora,1.730 ��F�� Tabla. 21

��: Velocidad angular de la polea conducida,� �F��


��

�� 1730 �F�3,123

�� 554 �F�.

Ahora calculando el desplazamiento volumétrico reemplazamos los valores en la

ecuación (79) y tenemos.

à � 0,913 ��2Q 231554 ��2

à � 0,38 �� /� �

-141-

Con el resultado obtenido y con ayuda de la Tabla. 43 seleccionamos una bomba

tamaño20V código 2 y una cilindrada de 0,43�� /� �. Tabla 43. Selección de la Bomba hidráulica

Fuente: EATON, Catálogo de bombas

4.11.1.1 Cálculo del caudal real que eroga la bomba. Para este cálculo partimos de la

ecuación (79), despejando GPM y reemplazando los valores tenemos.

��2 � à Q ��2231

��2 � 0,43�� /� �Q 554 �F�.231

��2 � 1,03 ��2

4.10.2 Selección de la válvula direccional. Para seleccionar la válvula direccional nos

ayudamos del caudal 1,03 GPM y la siguiente Tabla. 44

Tabla 44. Selección de válvula direccional

-142-

Fuente: www.wandfluh.com

Tabla 45.Curvasde válvula direccional

Fuente:www.wandfluh.com

Como podemos darnos cuenta la mayor pérdida de presión se da cuando la bomba

trabaja en vacío y su valor es de 6 bares.

4.10.3 Selección de las mangueras. Para seleccionar la manguera adecuada partimos

de la siguiente ecuación:

� � 0,32�15 S81T

Dónde:

A= Área de la tubería �� Q= Máximo caudal requerido por el sistema 1,03 GPM


� � 0,32S1,03��2T15

-143-

� � 0,02197 �� , o también:

� � 0,785s�S82T

Igualando las ecuaciones S81T y S82T.

0,785s� = 0,02197 ��

s � f0,02197 �� 0,785a

s � 0,17 ��=0,43cm

Con este dato calculado nos ayudamos de la Tabla. 46 para seleccionar la manguera

adecuada.

Tabla 46. Selección de la manguera

Fuente: www.swagelok.com.mx

Entonces de la tabla se puede determinar que la manguera seleccionada es SERIE SAE

J517 100R7 SERIE 7R de un diámetro interior de 1/4 pulgada.

4.10.4 Diseño del depósito o tanque hidráulico. Para el dimensionamiento del tanque

hidráulico nos ayudamosdel caudal calculado que es igual a 1,03 GPM, entonces para

calcular el volumen total requerido por el sistema partimos de la siguiente ecuación.

Vt= 3Q S83T

Dónde:

-144-

Vt: Volumen total requerido por el sistema

Q= Máximo caudal requerido por el sistema 1,03 GPM


Vt= 3 (1,03 GPM)

Vt= 3,09 GPM

Con el valor calculado del Vt procedemos a dimensionar el tanque hidráulico para lo

cual se ha decidido asumir un recipiente cilíndrico de 12,5cm de radio, para

posteriormente determinar la altura del mismo partiendo de la siguiente ecuación.

�� d��· S84T

Dónde:

Vt: Volumen total requerido por el sistema

r: Radio del recipiente cilíndrico 12,5 �� h: Altura del recipiente cilíndrico ��

Despejando h y reemplazando los valores en la ecuación (84) tenemos:

h=��.^�q,N^8`¡

vS��,q8`Ta

h=24cm

Entonces determinamos que las dimensiones mínimas del tanque hidráulico es de 25cm

de diámetro x 24cm de altura.

4.10.5 Tiempo real de salida del vástago del cilindro.Primero determinamos la

velocidad de salida despejando la ecuación (19)y tenemos lo siguiente.

� � ��

� � 6,61 Q10Mq �� /Z� 1,2566 x10M� �m� �

-145-

� � 0,0526 �� /Z�

Con este valor calculado se despeja t de la ecuación (20) y tenemos lo siguiente:

� � p

� � 0,70� �� 0,0526 �� /Z�

� � 13,3 segundos.

4.11 Diseño de la estructura soporte de accesorios del sistema eléctrico,

hidráulico y transmisión

Para el diseño y el cálculo de la estructura soporte de los accesorios del sistema

eléctrico, hidráulico y de transmisión se modela en un software de elementos finitos

como indica a continuación.

Figura 119. Modelación estructura

Fuente: Autores

Realizando el análisis de la estructura en el software de elementos finitos, obtenemos un

coeficiente de seguridad.

-146-

Figura 120. Análisis estructura

Fuente: Autores

El coeficiente de seguridad obtenido es 11,4 para nuestro caso es aceptable y se

interpreta que la estructura soportará sin problema alguno.

-147-

CAPÍTULO V

5. CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE DE LA MÁQUINA

Para la construcción de la dobladora de cerchas tipo tubo con mando hidráulico es

necesario contar con un sin número de máquinas, herramientas, materiales, instrumentos

de medida, etc. los que se detallan a continuación:

5.1 Infraestructura

Planta de producción de asientos de Carrocerías Altamirano.

5.2 Máquinas herramientas

• Torno.

• Fresadora.

• Soldadora Mig.

• Cortador Plasma.

• Pulidora.

• Tronzadora.

• Compresor.

• Taladro de pedestal.

• Taladro de mano.

• Esmeril.

• Dobladora.

• Cizalla.

5.3 Herramientas manuales

• Picos.

• Palas.

-148-

• Carretilla.

• Brocas para acero.

• Herramientas de torno, fresa y cepillo.

• Limas.

• Martillos.

• Llaves de boca y corona.

• Rayador.

• Sierra de arco.

• Templadores.

• Mesas con mordazas.

• Prensas tipo C.

• Entenalla.

• Pistola de Pintar por gravedad.

5.4 Instrumentos de medición y verificación

• Calibrador pie de rey.

• Flexómetro.

• Nivel.

• Compás.

• Escuadras.

• Multímetro.

5.5 Equipos y accesorios

• Motor.

• Bomba.

• Válvula direccional.

• Cilindro Hidráulico.

• Tanque reservorio de aceite.

• Panel eléctrico.

• Pernos.

• Manómetro de presión de aceite.

• Mangueras.

-149-

Fuente: Autores

• Abrazaderas.

• Aceite Hidráulico.

5.6 Materia Prima

Los materiales nombrados a continuación se compraron de acuerdo a las dimensiones

de los planos realizados por los autores.

• Plancha de acero de bajo carbono de 25, 22,19, 16, 12, 6 mm de espesor.

• Tubo cuadrado de 25 x 2mm.

• Ejes de transmisión de ½, 5/8, ¾, 7/8, 1, 1 ¼, 1 ½, 2, 2 ½, 3, pulgadas.

• Platina de 2” x 1/8.

5.7 Insumos y consumibles

• Discos de corte de 7” y de 14”.

• Electrodos E-6011, E-7018, ER70S-6 (0,9mm de diámetro).

• Cilindro de CO2.

• Consumibles de la cortadora plasma.

• Lijas de hierro No 80, 36 lijas de agua 150, 100, 80; lustre.

• Desoxidante.

• Pintura poliuretano color blanco y azul.

• Fondo.

• Diluyente.

5.8 Detalle de la construcción

Para describir el detalle de la construcción nos ayudaremos con el desarrollo de las

operaciones tecnológicas que detallamos en la Tabla. 47

Tabla 47. Operaciones tecnológicas de la construcción de la máquina

SISTEMA ELEMENTO DESIG. Nº OPERACIÓN TECNOLÓGICA

TIEMPO (horas)

BASTIDOR

Sistema de curvado P1 1 Trazado 0,50 2 Excavación de tierra 2,00

-150-


3 Corte 1,00

4 Soldado (MIG) 1,00 5 Fijación con

hormigón armado 2,00

Estructura del sistema de transmisión, hidráulico y eléctrico

P2 6 Trazado 5,00 7 Corte 5,00 8 Taladrado 0,50 9 Soldado (MIG) 8,00 10 Pulido 1,00 11 Preparado y pintado 4,00

SUJECIÓN Y CURVADO

Riel base de la curva P3 12 Trazado 4,00 13 Corte (plasma) 3,00 14 Esmerilado 2,00 15 Soldado (MIG) 4,00 16 Taladrado 0,50 17 Pulido 0,50 18 Preparado y pintado 4,00

Prensas P4 19 Trazado 1,00 20 Corte (Plasma) 1,00 21 Doblado 0,50 22 Taladrado 0,50 23 Esmerilado 0,50 24 Torneado (Tornillo) 1,00 25 Roscado 6,00 26 Soldado (MIG) 1,00 27 Pulido 0,50 28 Preparado y pintado 2,00

BRAZO CURVADOR

Brazo soporte P5 29 Trazado 1,00 30 Corte (Plasma) 1,00 31 Taladrado 0,50 32 Esmerilado 0,50 33 Soldado (MIG) 1,00 34 Pulido 0,50 35 Preparado y pintado 1,00

Rodillo P6 36 Trazado 0,10 37 Corte (Plasma) 0,50 38 Taladrado 0,50 39 Esmerilado 0,50 40 Soldado (MIG) 1,00 41 Pulido 0,50 42 Preparado y pintado 1,00

Tornillo de sujeción

P7 43 Trazado 0,25 44 Corte (Plasma) 0,25 45 Esmerilado 0,25 46 Torno 1,00 47 Roscado 1,00 48 Soldado MIG 0,50 49 Pulido 0,25 50 Preparado y pintado 1,00

CAÑAS DESMONTABLES

De prensa P8 51 Trazado 0,50 52 Corte (Plasma) 1,00 53 Esmerilado 1,00 54 Taladrado 0,50 55 Preparado y pintado 1,00

De rodillo P9 56 Trazado 0,25 57 Corte (Plasma) 0,25 58 Esmerilado 0,50

-151-


Fuente: Autores

Se debe tomar muy en cuenta que en la tabla no se contemplan los tiempos muertos.

5.8.1 Curso grama de construcción de los componentes de la máquina. El tiempo

empleado se indica en horas y se localiza a la izquierda de cada proceso.

A continuación se indica en la Tabla. 48 la nomenclatura de las operaciones

tecnológicas realizadas.

Tabla 48. Nomenclaturas de operaciones tecnológicas SÍMBOLO DENOMINACIÓN DESCRIPCIÓN

Operación

Indica que se altera el estado de un elemento con el que se está trabajando. Fase del proceso, método o procedimiento: clavar, atornillar, agujerear, etc.

Inspección

Indica que se verifica la calidad, la cantidad o ambas conforme a especificaciones preestablecidas.

Transporte

Indica el movimiento físico de los trabajadores, materiales, equipos y accesorios de un lugar a otro.

Espera

Indica que hay un elemento dado detenido esperando a que se produzca un proceso anterior. Periodo de tiempo en el que se registra inactividad de los operarios, materiales. equipos o accesorios

Almacenamiento

Indica depósito de un objeto bajo vigilancia en un almacén según el criterio de clasificación previamente determinado

Fuente: Autores

En los curso gramas también se observaran los tiempos muertos representados por un

59 Taladrado 0,25 60 Preparado y pintado 0,25

TRANSMISIÓN Polea motriz (3 [in]) P10

61 Torneado 1,00 62 Fresado 0,50 63 Roscado 1,00 64 Lijado 1,00

ELÉCRICO Caja de control P11

65 Trazado 3,00 66 Corte 0,25 67 Doblado 0,50 68 Soldado(MIG) 0,50 69 Preparado y Pintado 0,50

70 Instalación de Breques

0,50

71 Instalación de Botoneras

0,50

72 Ensamblaje y conexiones eléctricas

1,00

TOTAL (horas) 91,85

-152-

rectángulo los cuales afectan el tiempo total real empleado en la construcción de cada

elemento.

5.8.1.1 Construcción del bastidor

Figura 121. Construcción del bastidor

Fuente: Autores

5.8.1.2 Construcción del sistema de sujeción y curvado

Figura 122. Construcción del sistema de sujeción y curvado

Fuente: Autores

5.8.1.3 Construcción del brazo curvador

-153-

Figura 123. Construcción del brazo curvador

Fuente: Autores

5.8.1.4 Construcción de las cañas desmontables

Figura 124. Construcción de las medias cañas

Fuente: Autores

5.8.1.5 Sistema de transmisión

-154-

Figura 125. Construcción de la polea motriz

Fuente: Autores

5.8.1.6 Sistema eléctrico

Figura 126. Construcción de la caja de control

Fuente: Autores

Tiemposutilizados por las máquinas herramientas en la construcción de la dobladora.

-155-

En la Tabla se indican los tiempos utilizados por las máquinas herramientas,

herramientas manualesy la mano de obra en la construcción de la dobladora.

Tabla 49. Tiemposutilizadosen las máquinas herramientas, herramientas manuales y mano de obra

Pieza Cant.

Tiempo [horas] Total T

orn

o

Fre

sado

ra

Ta

lad

ro d

e p

ede

sta

l

Tal

adro

d

e m

ano

Tro

nza

dora

Esm

eril

Pu

lido

ra

Pla

sma

So

ldad

ora

Mig

Do

bla

do

ra

Ciz

alla

Co

mp

reso

r

He

rra

mie

nta

s m

anu

ale

s, m

edic

ión

y ve

rific

ació

n

[h]

P1 1 1 1 4,5 6,5 P2 1 0,5 2,5 1 2,5 8 1 8 23,5 P3 1 0,5 2 0,5 3 4 2 6 18 P4 5 7 0,5 0,5 0,5 1 1 0,5 1 2 14 P5 1 0,5 0,5 0,5 1 1 0,5 1,5 5,5 P6 1 0,5 0,5 0,5 0,5 1 0,5 0,6 4,1 P7 1 2 0,25 0,25 0,25 0,5 0,5 0,75 4,5 P8 5 0,5 1 1 0,5 1 4 P9 1 0,25 0,5 0,25 0,15 0,35 1,5 P10 1 2 0,5 1 3,5 P11 1 0,5 0,5 0,25 0,25 5,25 6,75 TOTAL 11 0,5 2,75 0,5 2,5 5,25 4,25 10,5 17 1 0,25 6,4 29,95 91,85

Fuente: Autores

5.9 Montaje de los elementos de la dobladora

En el montaje de cada elemento de la dobladora, se ejecutaron las siguientes

operaciones tecnológicas que se detallan a continuación.

Tabla 50. Operaciones tecnológicas del montaje de la dobladora Item Proceso Observación

M1 Montaje del bastidor Revisar los sistemas de anclaje rápido.

M2 Montaje del sistema de sujeción y curvado

Verificardimensiones , alineación y aprieteen las prensas

M3 Montaje del brazo curvador Verificar el apriete del tornillo al rodillo Verificar rodadura del rodillo Verificar tolerancias entre los elementos

M4 Montaje de las medas cañas desmontables

Verificar las tolerancias

M5 Montaje del sistema de transmisión

Verificar distancia entre ejes y alineamiento de las poleas

M6 Montaje del sistema eléctrico Revisar las conexiones eléctricas

Fuente: Autores

5.9.1 Curso grama de montaje de la dobladora.Los procesos y los tiempos utilizados

-156-

en el acoplamiento de las piezas de la dobladora se indican en el siguiente curso grama.

Figura 127. Montaje total de la máquina

Fuente: Autores

Si sumamos los tiempos de cada proceso tenemos el tiempo total de montaje de la

dobladora de 12,2 horas.

-157-

CAPÍTULO VI

6. PRUEBAS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

6.1 Informes de pruebas de campo

6.1.1 Informe de prueba de funcionamiento N° 01

6.1.1.1 Datos informativos

Nombre:

Fecha:

Tema: Prueba de giro del brazo curvador.

6.1.1.2 Objetivos

Objetivo general.Verificar que el giro y funcionamiento del brazo recorra la trayectoria

del riel de la curva base requerida para obtener la curvatura del tubo deseada.

Objetivos específicos:

• Comprobar el recorrido del rodillo cuando aprieta y desaprieta la media caña, el

perno y sus elementos.

• Comprobar la holgura de la media caña en el riel de doblado y el brazo.

• Verificar el desplazamiento del brazo en el radio establecido.

6.1.1.3 Herramientas y materiales utilizados

• Calibrador.

• Flexómetro.

-158-

• Compás.

• Llaves de boca y corona.

6.1.1.4 Análisis.Una vez armado el brazo en el riel de doblado con todos sus elementos

y partes se procede a mover el brazo manualmente y en forma muy lenta pudiendo

comprobar así la trayectoria del recorrido con el compás.

A continuación giramos el perno en sentido horario y anti horario verificando así el

desplazamiento del rodillo en lo cual nos encontramos que se remuerde el rodillo por lo

cual procedemos a colocar una rodela plana en cada perno de la parte superior de la base

de la rosca del perno una vez corregido la falla procedemos a comprobar obteniendo el

resultado deseado.



Nombre

Fecha

Tema: Prueba del funcionamiento de las prensas que sujetan al tubo

6.1.2.2 Objetivos

Objetivo general. Comprobar que el sistema de sujeción por prensas del tubo funcione

correctamente


• Verificar que el apriete de la prensa hacia el tubo no tenga juego.

• Revisar que el tornillo de la prensa entre y salga de la tuerca sin problemas.

• Observar que los componentes de las prensas nopresenten ningún tipo de

deformación visual.

-159-

6.1.2.3 Herramientas y materiales

• Elementos que componen el sistema de sujeción del tubo.

• Un tubo cuadrado de 50 x 50 x 2mm.

6.1.2.4 Análisis.Al término de la construcción de las prensas procedemos a la

verificación de su funcionamiento colocando el tubo cuadrado de 50x50x2mm el cual se

utilizará ya en el trabajo de la máquina, comprobamos la entrada y salida del tornillo en

la tuerca de la prensa , ajustamos el tornillo dando presión al tubo a través de la media

caña , luego aplicamos la fuerza de doblado en la curva y verificamos si resiste o no las

accesorios de la prensa, obteniendo buenos resultados y sin ninguna complicación lo

que nos garantiza una duración y larga vida de la máquina.



Nombre:

Fecha:

Tema: Ensamblaje del motor, bomba y alineación de las bandas

6.1.3.2 Objetivos

Objetivo general. Verificar el correcto funcionamiento de la transmisión


• Comprobar si los taladros de las bases de la bomba y motor estén bien realizados.

• Colocar las poleas seleccionadas y verificar sean paralelas.

• Verificar que las bandas no se salgan de sus guías cuando el motor este girando

para evitar los problemas.

-160-

6.1.3.3 Herramientas y materiales

• Estructura del sistema hidráulico.

• Poleas.

• Bandas.

• Motor.

• Bomba.

6.1.3.4 Análisis.En el momento que terminamos de construir la estructura del sistema

hidráulico procedemos al ensamble del motor y la bomba con sus respectivas poleas

damos un pequeño reajuste a los pernos, alineamos las poleas y ajustamos los pernos,

colocamos las bandas y templamos las mismas. Encendemos el motor y observamos si

las bandas están o no alineadas logrando así el propósito anhelado.



Nombre:

Fecha:

Tema: Prueba del sistema hidráulico

6.1.4.2 Objetivos

Objetivo General. Comprobación del funcionamiento del sistema hidráulico

Objetivos Específicos

• Verificar la presión de trabajo en el manómetro.

• Verificar velocidades de entrada y salida del cilindro hidráulico.

• Controlar que no existan fugas de aceite.

• Manipular de forma adecuada la válvula distribuidora.

-161-

6.1.4.3 Herramientas y Materiales

• Elementos del sistema hidráulico.

• Manómetro de presión de aceite.

6.1.4.4 Análisis. Después de un ardo trabajo de construcción y ensamblaje podemos

darle funcionamiento a la parte más importante de la máquina que es el sistema

hidráulico empezando por la colocación del aceite hidráulico verificando que no haya

fugas en el tanque, encendemos el motor para dar presión de aceite a las mangueras y

realizamos la misma inspección de fugas de aceite una vez solucionado lo de las fugas

procedemos a medir las presiones en diferentes puntos del sistema de igual manera

controlamos la velocidad de salida y retorno del cilindro hidráulico lo que nos permite

dar fiel testimonio de su funcionamiento.

6.2 Análisis y discusión de resultados

Una vez realizadas las pruebas de campo analizando los informe de funcionamiento se

puede decir que después de terminar un trabajo, se debe realizar las pruebas pertinentes

según su funcionamiento lo cual nos permitirá hacer cualquier rectificación o cambio de

algún sistema lo que no se puede hacer al momento que la maquina ya esté terminada.

Entonces podemos decir que el funcionamiento de la máquina se cumplió dentro de los

parámetros calculados y como conclusión manifestamos que la máquina si funciona

satisfactoriamente.

-162-

CAPÍTULO VII

7. MANUAL DE OPERACIÓN Y PLAN DE MANTENIMIENTO

7.1 Manual de operaciones para el usuario

7.1.1 Operación. La operación de la maquina es de mucho cuidado, atención y

concentración en todos los procedimientos, el perfil tubular cuadrado de 50x50x2mm

es montado a la distancia previamente marcada en el riel soporte para ser asegurado

mediante las prensas, luego se debe colocar y verificar que la caña desmontable este

muy bien posicionada y alineada en el rodillo, posteriormente se acciona el motor

eléctrico el cual transmite movimiento a través del sistema de transmisión a la bomba

hidráulica la cual suministra fluido hidráulico hacia el cilindro, cuando la válvula es

accionada , el cilindro ejerce la fuerza necesaria que permite doblar el perfil a la forma

del riel de la curva base y se corta el suministro de energía para parar el funcionamiento

de la máquina. Luego se procede a desmontar la media caña guía, aflojar las prensas,

desmontar y volver a montar el perfil nuevamente a la dimensión previamente marcada

y repetimos nuevamente el proceso descrito anteriormente hasta desmontar ya la cercha

completamenteelaborada.

7.1.2 Requerimientos que debe tenerse en cuenta para operar la máquina

• Leer este manual.

• El operario deberá ponerse los EPPs (Equipo de protección personal compuesto

por: Overol. Botas de seguridad, casco, gafas, tapones de oído y guantes).

• Recibir una charla de capacitación sobre la operación de la máquina.

• Identificar, revisar y familiarizarse con cada sistema de la máquina.

• Leer, identificar y poner mucha atención a la señalética seguridad que se

encuentra exhibida (Recuerde que esto puede salvar su vida).

• Realizar una prueba de simulación referente a la operación de la máquina con la

ayuda de una persona capacitada.

-163-

• Lea los movimientos indicados en la Tabla. 51 antes de manipular y realizar una

maniobra.

7.1.3 Pasos que se deben seguir para operar la máquina. La máquina será

manipulada por 2 personas (un operario y un ayudante) los cuales estarán muy

conscientes de los riesgos existentes que conllevan al realizar esta operación.

Tabla 51. Proceso de operación de la máquina.

PROCESO

1 Revise el espesor del perfil a curvar, este no debe superar los 2mm.

2 Engrase el riel soporte donde se aloja el tubo.

3 Coloque el tubo sobre el riel soporte.

4 Apriete las 2 prensan para lograr que el tubo se ajuste a la forma del riel soporte.

5 Ubicar la caña desmontable formadora alineada.

6 Accionar el breque (ON) de la caja centralizada de conexiones eléctricas.

7 Operar la válvula hidráulica y proceda con el desplazamiento del brazo.

8 Detenga la máquina accionando el breque(OFF) de la caja centralizada de conexiones

eléctrica.

9 Apriete las 3 prensas restantes para completar con la forma de la cercha.

10 Aflojar las 3 prensas.

11 Retirar la caña formadora.

12 Afloje las otras 2 prensas

13 Desmontar el tubo doblado (media cercha) y volver a montar el tubo a la dimensión

previamente marcada para proceder a doblar la otra media cercha.

14 Repetir la secuencia a partir de apretar las tres prensas.

15 Desmontar el tubo doblado (cercha completa)

Fuente: Autores

7.2 Plan de Mantenimiento

7.2.1 Mantenimiento.La máquina debe tener su propio registro de mantenimiento,

debido a que las partes que se encuentran en movimiento necesitan un mantenimiento

constante para mantener su eficiencia y eficacia en su funcionamiento diario para lo

cual se menciona lo siguiente.

-164-

• Concientizar a los operarios sobre la importancia de realizar el mantenimiento de

la máquina.

• Poseer las herramientas básicas necesarias, equipos y accesorios y material

consumible en muy buenas condiciones.

• Para realizar el mantenimiento se debe tomar muy en cuenta que solamente las

personas especializadas deben realizar el mantenimiento.

• Llevar un registro de los mantenimientos realizados para poder estimar posibles

fallas y la frecuencia con que se deben realizar.

Mantenimiento del cilindro hidráulico

• Como en todos los elementos hidráulicos, la contaminación puede dañar el

cilindro por lo que son muy importantes las prácticas generales de limpieza, tales

como taponar orificios hasta que se conecten las líneas y es esencial un cuidado

especial en el cilindro para asegurar una carga mínima sobre los cojinetes y juntas.

7.2.2 Frecuencia del mantenimiento.El período o frecuencia del mantenimiento se

encuentra detallada en la Tabla. 52

Tabla 52. Manual de mantenimiento

MANUAL DE MANTENIMIENTO

MÁQUINA DOBLADORA DE TUBOS CUADRADOS DE 50x50x2mm

ACTIVIDAD FRECUENCIA RESPONSABLE

Limpieza externa Diaria Operador

Engrasar riel soporte Cada 5 cerchas fabricadas.

Operador

Revisar sistema hidráulico Cada 100 horas Mecánico

Revisar sistema eléctrico Cada 360 horas Mecánico

Revisar sistema de transmisión Cada 1200 horas Mecánico

Revisar mordazas de prensas Cada 360 horas Mecánico

Revisar la caña desmontable formadora. Cada 360 horas Mecánico

Fuente: Autores

-165-

CAPÍTULO VIII

8. ANÁLISIS ECONÓMICO- FINANCIERO

8.1 Recursos

Debido a que la investigación y construcción de la máquinadobladora semiautomática

de tubos cuadrados de 50x50x2mm utilizados como cerchas de las estructuras de las

carrocerías de buses que se ha ejecutado satisfactoriamente es costosa, los recursos para

este proyecto se consiguieron gracias al apoyo económico del Sr Aníbal Altamirano

Gerente Propietario de Carrocerías Altamiranoy las investigaciones, planos, cálculos y

construcción de la máquina en lo que se refiere a la mano de obra se realizaron por parte

de los autores de este documento.

8.2 Recursos institucionales

Planta de producción de Carrocerías Altamirano.

8.3 Análisis de costos

Los costos para la construcción de la máquina están divididos en costos directos y

costos indirectos.

8.3.1 Costos directos. Los costos directos involucrados en este proyecto son:

materia prima, mano de obra, equipos y herramientas, equipos de protección personal y

el transporte, los cuales serán estudiados cada uno de ellos con el fin de obtener el costo

total al sumar sus valores individuales obtenidos.

8.3.1.1 Costos de materia prima.Se refiere a todos los materiales de metalmecánica,

electricidad, hidráulica, transmisión, materiales consumibles, materiales directos

(elementos de sujeción) que físicamente forman parte de la máquina.

-166-

Fuente: Autores


Sistema de sujeción y curvado

Tabla 53. Costos de fabricación del sistema de sujeción y curvado

Elemento Material Dimensiones requeridas C

ant. Peso Costo

Unit. Costo Neto

[Kg] [USD/Kg] [USD]

Bastidor

Canal U 270 X80X8mm ASTM A-36

1000[mm] 6 27,75 1,20 199,80

Cemento marca HOLCIN

1qq 2 50,00 0,17 17,00

Arena [m3] 1 100,00 0,10 10,00 Ripio [m3] 1 100,00 0,10 10,00

Riel base

� 15 ��

Lámina ASTM A-36

1000x130 [mm2]

2 15,24 1,52 46,33

� 15 ��

Lámina ASTM A-36 1880x130

[mm2] 2 28,67 1,52 87,16

� 15 ��

Lámina ASTM A-36

350x350 [mm2]

2 14,37 1,52 43,68

Platina 200x15mm ASTM A-36

150 [mm] 6 3,53 2,27 48,08


80 [mm] 2 1,88 2,27 8,54


920 [mm] 1 21,65 2,27 49,15

� 12 ��

Lámina ASTM A-36 25x50 [mm2] 6 0,12 1,47 1,06

�R|R 4340, �� 1 ½ ��

Acero de transmisión

100 [mm] 7 0,80 5,30 29,68

Prensas

�R|R 4340, �� 1 ¼ ��


280 [mm] 6 1,55 5,30 49,29

�R|R 4340, �� 2 ��


35 [mm] 6 0,50 5,30 15,90

Acero de

�R|R 4340, �� 2 ��

transmisión 120 [mm]

6 1,70 5,30 54,06

Acero de 320 [mm] 6 0,64 5,30 20,35

-167-

Fuente: Autores

�R|R 4340, �� 3/4 �� transmisión

�R|R 4340, �� 1 �� Acero de transmisión

20 [mm] 24 0,07 5,30 8,90

� 12 ��

Lámina ASTM A-36 50x160 [mm2] 12 0,75 1,47 13,23

� 12 ��

Lámina ASTM A-36 60x40 [mm2] 6 0,23 1,47 2,03

� 12 ��

Lámina ASTM A-36 50x200 [mm2] 12 0,94 1,47 16,58

� 12 ��

Lámina ASTM A-36 50x230 [mm2] 6 1,08 1,47 9,53

Brazo curvador

Acero de transmisión �R|R 4340,� �2 ��

13 [mm] 1 0,19 5,30 1,00

Acero de transmisión �R|R 4340,� �2 ½ ��

490 [mm] 1 10,86 5,30 57,56

Acero de transmisión �R|R 4340,� �3 ��

50 [mm] 1 1,6 5,30 8,48

Acero de transmisión �R|R 4340,� �1 ¼ ��

20 [mm] 2 0,11 5,3 1,17

Acero de transmisión �R|R 4340,� �3/4 ��

50 [mm] 1 0,10 5,3 0,53

� 15 ��

Lámina ASTM A-36 150x1140[mm2] 2 20,14 1,52 61,23

� 15 ��

Lámina ASTM A-36

150x130[mm2] 1 2,29 1,52 3,48

� 15 ��

Lámina ASTM A-36 220x120[mm2] 2 3,10 1,52 9,42

� 12 ��

Lámina ASTM A-36 700x150[mm2] 1 12,36 1,47 18,17

� 6 ��

Lámina ASTM A-36 200x200[mm2] 2 1,88 1,40 5,26

-168-

Tabla 54. (Continuación) Fuente: Autores


Fuente: Autores

Estructura metálica soporte de la bomba hidráulica, depósito hidráulico, motor

eléctrico y caja centralizada

Tabla 54. Costos de estructura metálica soporte.

Elemento Material Dimensiones requeridas C

ant.

Peso Costo Unit.

Costo Neto

[Kg] [USD/Kg]

[USD]

Estructura metálica soporte del sistema de transmisión ,hidráulico, y eléctrico

Lámina ASTM A-36 � 12 ��

400x300[mm2] 1 11,3 1,47 16,61

Platina de 50x5mm

1000 [mm] 3 1,58 1,29 6,11

Platina de 20x3mm

400 [mm] 3 0,18 1,05 0,57

Canal U 150 X50X3mm ASTM A-36

600[mm] 2 3,39 1,47 9,97

Tubo cuadrado 25x25x2mm acero ASTM A �36

1050 [mm] 4 1,42 1,82 10,34


900 [mm] 4 1,22 1,82 8,88


550 [mm] 14 0,75 1,82 19,11

� 25 ��

Lámina ASTM A-36 250x150[mm2] 1 7,21 1,79 12,90

Rodillo

Acero ASTM A �36 � 15 ��

275X275 [mm2]

2 8,90 1,52 27,06

Tubo redondo de10 ½x15mm

100 [mm] 1 4,51 3 13,53

Cañas desmontables

� 25 ��

Lámina ASTM A-36 250x100

[mm2] 6 4,81 1,79 51,66

� 25 ��

Lámina ASTM A-36

300x590 [mm2]

1 34,04 1,79 60,93

TOTAL 1.072,73

-169-


400 [mm] 2 0,54 1,82 1,97


300 [mm] 2 0,41 1,82 1,49


300 [mm] 2 0,32 1,88 1,20

TOTAL 76,25 Fuente: Autores

Sistema eléctrico

Tabla 55. Costos de fabricación del sistema eléctrico

Elemento Material Dimensiones/ designación C

ant. Costo

Unit. Costo Neto

[USD] [USD]

Sistema eléctrico

Breaker trifásico marca LG BKN C40

40 [A] 1 58,00 58,00

Motor eléctrico trifásico marca Weg

3 [HP] 1 300 300,00

Cables calibre 10 AGW (5.26mm) 600V

Longitud en[m] 18 0,8 14,40

Caja de Controles eléctricos

Unidad 1 35 35,00

Cerradura Unidad 1 3 3,00 TOTAL 410,40

Fuente: Autores

Sistema hidráulico

Tabla 56. Costos de fabricación del sistema hidráulico

Elemento Material Dimensiones/ designación C

ant. Costo

Unit. Costo Neto

[USD] [USD]

Sistema hidráulico

Bomba hidráulica Marca Caterpillar

Unidad 1 700 700,00

Válvula direccional 4x3 Unidad 1 300 300,00 Deposito hidráulico Unidad 1 100 100,00 Cilindro hidráulico Marca Caterpillar

Unidad 1 700 700,00

Manómetro Marca International FPA

Unidad 1 60 60,00

Aceite hidráulico SAE 150 Galón 1 50 50,00 Mangueras de presión 3600 psi WP 250 Mpa

Longitud en[m] 4 20 80,00

-170-

Manguera anillada de � �30mm

Longitud en[m] 3 5 15,00

TOTAL

2.005,00

Fuente: Autores

Sistema de transmisión

Tabla 57. Costos del sistema de transmisión

Elemento Material Dimensiones/ designación

Can

t.

Costo Unit.

Costo Neto

[USD] [USD]

Sistema de transmisión

Polea de aluminio marca Ecuapolea

Ø = 10 [pulg], 2 canales

1 50 50,00

Polea de acero Ø = 3 [pulg], 2 canales

1 20 20,00

Banda en V de goma Marca Texpore

A-46, tipo A 2 15 30,00

TOTAL 100,00

Fuente: Autores

8.3.1.2 Materiales directos

Tabla 58. Costo de materiales directos

Descripción Material/ Norma Dimensiones/ designación

Can

t.

Valor Unit.

Costo neto

[USD] [USD]

Pernos de cañas desmontable

Acero

Alen � � 1/2Q2 [in] 10 0,80 8,00

Alen � � 5/16Q2 [in] 24 0,60 14,40

PernoBrazo Acero

� � 3/8Q11/2[in] grado 8 con arandela plana

4 0,40

1,60

� � 1/2Q2[in] grado 8 con arandela de presión.

8 0,80

6,40

� � 11/2Q7[in] con tuerca 1 14,5

14,5

-171-

Pernos motor

Acero � � 3/8 x 11/2 [in] (con tuercas y arandelas)

4 0,50

2,00

Pernos Bomba hidráulica

Acero � � 1/2 x 2[in] (con tuercas y arandelas)

4 1

4,00

Pernos templadores de la banda

Acero � � 5/8Q7[in] (con doble tuerca)

2 2

4,00

Remaches Aluminio � � ��^ Q1/ 2[in] 2 0,05

0,10

Bisagras placa templadores

Acero � � 3/4Q4[in] 2 5

10,00

Graseros rectos

Acero � � ��[in] rectos 2 0,40

0,80

Pernos de cilindro hidráulico

Acero � � 1 �� Q 10 ��[in] (con

tuerca) 2 15

30,00

Perno del rodillo

Acero � � 1Q 8 [in] (con arandelas y tuerca)

1 4

4,00

Pernos de deposito

Acero � � 3/8 x 3 [in] (con tuerca y arandelas)

1 0,60

0,60

TOTAL 100,40

Fuente: Autores

8.3.1.3 Materiales consumibles

Tabla 59. Costo de materiales consumibles

Descripción Material/ Norma Dimensiones / designación

Can

t.

Valor Unit.

Total neto

[USD] [USD]

Soldadura

Electrodos, AWS 6011 [lb]Aga 10 0,80 8,00

Electrodos, AWS 7018 [lb]Aga 2 1,50 3,00

Alambre Mig 0.9 [mm]

Elektro[lb] 35 1,20 42,00

Cilindro de CO2 Aga [Kg] 1 25 25,00

Cortar

Electrodo de plasma

Unidad 2

3,00

6,00

Tobera de plasma Unidad 2

3,50

7,00

-172-

Disco de cortar 7” 2 2,25 4,50

Disco de cortar 14” 2 3,75 7,50

Pulir Disco de pulir 7” 5 1,75 8,75

Pintura

Guaype [lb] 5 1,25 6,25

Cernideros de pintura

Unidad 2 0,40 0,80

Thinner Diluyente [gal] 1 6 6,00

Desoxidante [gal] 1 14 14,00

Fondo Uniprimer Anticorrosiva [gal] 1 20 20,00

Pintura de acabado Poliuretano [gal] 1 35 35,00

Lijas

Hierro N° 80 Unidad 5 0,5 2,50

De agua N° 80 Unidad 15 0,40 6,00

De agua N° 100 Unidad 8 0,35 2,80

De agua N° 150 Unidad 7 0,30 2,10

Lustre Lustre N° 4 Unidad 5 1 5,00

TOTAL

212,20

Fuente: Autores

8.3.1.4 Costo de mano de obra

Tabla 60. Costo de mano de obra

Operario Cant. Salario real/ hora

[25] Horas-hombre Subtotal

[USD/h] [h] [USD] Maestro albañil 1 3,12 4 12,48 Maestro metalmecánico

1 3,50 31,7 110,95

Tornero, fresador, taladrador

1 3,50 14,75 18,25

Soldador y armador 1 3,50 21 73,50 Preparador , Pintor 1 2,82 12,4 15,22 Maestro Eléctrico 1 3,80 2 7,60 Maestro de parte hidráulica

1 5 8 40,00

TOTAL 278,00

Fuente: Autores

-173-

8.3.1.5 Costo de equipos y herramientas

Tabla 61. Costo de equipos y herramientas

Denominación Descripción Costo x

hora Horas equipo Total

[USD/h] [h] [USD]

Equipos y herramientas

Torno 11,50 11 126,50

Cizalla 1,15 0,25 0,29

Taladro pedestal 1,75 2,75 4,81

Taladro manual 0,85 0,5 0,43

Tronzadora 1,25 2,5 3,12

Esmeril 1,16 5,25 6,09

Dobladora de tol 1,35 1 1,35

Fresadora 10,00 0,5 5,00

Pulidora 1,22 4,25 5,19

Soldadora Mig 3,5 17 59,50

Plasma 3,50 10,5 36,75

Compresor 2,94 6,4 18,80

Herramientas menores 1,43 29,5 42,19 TOTAL

310,02

Fuente: Autores

8.3.1.6 Costo de equipos de protección personal

Tabla 62. Costo de equipos de protección personal

Descripción Cantidad Valor

Unitario Valor Total

[USD] [USD]

Overol 1 25 25,00 Casco 1 10 10,00 Zapatos de seguridad 1 45 45,00 Tapones de oídos 1 3 3,00 Guantes 1 2 2,00 Gafas 1 3 3,00 Señalética de seguridad 3 5 15,00 TOTAL

103,00

Fuente: Autores

8.3.1.7 Costos por transporte de materiales.El costo por trasporte tiene un valor

estimado de 80 dólares en razón que todos estos se los encuentro en el mercado nacional

-174-

con mucha facilidad.

8.3.1.8 Valor total de costos directos.La Tabla. 52 muestra en resumen los costos

totales directos.

Tabla 63. Costos totales directos

Descripción Valor [USD]

Materia prima

Sistema de sujeción y curvado 1.072,73 Estructura metálica soporte de la bomba hidráulica, depósito hidráulico, motor eléctrico y caja centralizada.

76,25

Sistema eléctrico 410,40 Sistema hidráulico 2.005,00 Sistema de transmisión 100,00 Materiales directos 100,40 Materiales consumibles 212,20

Mano de obra 278,00 Equipos y herramientas 310,02 Equipos de protección personal 103,00 Transporte 80,00 TOTAL

4.748,00

Fuente: Autores

8.3.2 Costos indirectos.Este se refiere al costo ingenieril que tiene un agregado del

20% del costo total directo y está involucrado con el diseño y construcción de la

máquina.

Tabla 64. Costos totales indirectos

Costos ingenieriles Cantidad Precio unitario Precio total

[h] [USD/ h] [USD] Supervisión de construcción ---- ---- 949,60 Diseño TOTAL

949,60

Fuente: Autores

8.3.3 Costos totales. El costo total se refiere a la suma de los costos directos más los

costos indirectos cabe recalcar que estos precios ya tienen incluido el impuesto al valor

agregado (IVA), que es el 12% del costo del elemento o producto; este valor válido para

nuestro país. Sumando estos valores se tiene 5.697,60 U.S.D,(Cinco mil seiscientos

-175-

noventa y siete con 60/100 dólares Americanos).

8.3.4 Presupuesto requerido. El presupuesto requerido para la construcción de esta

máquina fue de 5.697,60 [USD], (Cinco mil seiscientos noventa y siete con 60/100

dólares de los Estados Unidos de América) más el 20% de utilidad estimada por la

construcción e investigación del proyecto. Dándonos un costo total de 6.837,12 U.S.D

(Seis mil ochocientos treinta y siete con 12/100 dólares Americanos).

8.3.5 Costos por operación y mantenimiento. El periodo de trabajo considerado es

de 4 horas al día y se laboraran 4 días al mes.

Para calcular el costo de la energía eléctrica consumida se determinó a partir de la

siguiente formula.

â}¨~�¨³ � â`³3³� È � (85)

Dónde:

Cû�Ô��: Consumo diario en [Kw-h]

C��Æ��: Consumo del motor 2,2 [Kw]

t: Tiempo de trabajo de la máquina 2 [h]

Reemplazando los valores en la ecuación (85) y calculando se tiene:

â}¨~�¨³ � 2,2�½5� È 4�·� â}¨~�¨³ � 8,8 �½5 � ·�

Luego determinamos el costo de la energía eléctrica en el ecuador que es de 0,098

U.S.D,por cada [Kw-h].

Ahora para calcular el costo del consumo partimos de la siguiente ecuación.

â��|à� � â}¨~�¨³ È âµ©µ��¨~(86)

-176-

Dónde:

C: Costo en dólares

Cû�Ô��: Consumo diario en 8,8 [Kw-h]

CÃèÃ��Ô: Costo de energía eléctrica 0,098 [USD]/ [Kw-h]


â � 8,8 �½5 � ·� È 0,098 ��|à��½5 � ·� â � 8,8 �½5 � ·� È 0,098 ��|à��½5 � ·� C= 0,8624 ��|à�

Ahora calculamos el consumo mensual a partir de la siguiente ecuación:

â � �.Õ^��}í~ È 4 síZ (87)

Calculando tenemos lo siguiente:

â � 3,45 ��|à� � 41,4 ��|à�/ño

Entonces el valor de operación por consumo de energía eléctrica anual es de

41,4 �. |. à, (Cuarenta y uno con 40/100dólares Americanos)

Luego determinamos que el costo de operación anual por consumo de grasa que se

realiza cada 5 cerchas es de 30 ��|à�.

También determinamos que el costo de operación por mano de obra (2 operarios) es de

100 ��|à� por consiguiente el costo anual seria de 1.200,00��|à� (Mil dos cientos

con 00/100dólares Americanos)

Ahora para determinar el valor de mantenimiento de la dobladora por engrasado o

calibrado de los elementos el sistema de transmisión, sistema de sujeción y curvado con

una frecuencia mensual produce un gasto de 60 ��|à� al año.

-177-

Luego determinamos que el costo total anual por operación y mantenimiento de la

dobladora asciende a la cantidad de 1.331,40 ��|à� (Mil trecientos treinta y uno con

40/100dólares Americanos)

8.4 Salvamento de la dobladora

Para la determinación de la rentabilidad, necesariamente se realiza una estimación del

valor de salvamento de la dobladora al terminar su vida útil.

La vida útil de ladobladora está estimadaen 8 años, entonces para determinar el valor de

salvamento de la dobladora partimos de la siguiente ecuación:

| � � � ØÈ©_ (88)

Dónde:

S: Valor de salvamento en [USD]

P: Inversión o costo total de la máquina 6.837,12 [USD]

n: Tiempo de vida útil, 8 años.

N: Tiempo de depreciación 10 años.


| � 6.837,12 ��|à� � 6.837,12��|à�Q810

| � 1.367,42 ��|à�

8.5 Depreciación de la dobladora

Para determinar la depreciación de la dobladora nos ayudaremos del método de la línea

recta que detallamos a continuación.

8.5.1 Método de la línea recta.Este método es el más sencillo y utilizado por la

-178-

mayoría de las empresas, la ecuación de cálculo es la siguiente.

à`µ©�Ë~� � ØMw© (89)

Dónde

D�Ãè�ÅÔ�: Depreciación mensual en �USD� P: Inversión o costo total de la máquina 6.837,12 [USD]

S: Valor de salvamento 1.367,42 �USD� N: tiempo de vida útil 96 meses

Reemplazando los valores en la ecuación y calculando tenemos:

à`µ©�Ë~� � 6.837,12��|à� � 1.367,42 ��|à�8Q12

à`µ©�Ë~� � 56,976 ��|à�

En la tabla se muestra la depreciación anual durante los 8 años de vida útil.

Tabla 65. Depreciaciónanual de la dobladora TIEMPO DEPRECIACIÓN

Años Meses [USD] 1 12

6.153,40

2 24 6.153,40 5.469,70 3 36 5.463,70 4.785,98 4 48 4.785,98 4.102,27 5 60 4.102,27 3.418,56 6 72 3.418,56 2.734,84 7 84 2.734,84 2.051,13 8 96 2.051,13 1.367,42

VALOR DE SALVAMENTO EN 8 AÑOS DE VIDA ÚTIL

1.367,42

Fuente: Autores

El valor de salvamento en 96 meses (8 años) de vida útil asciende a un valor de

1.367,42��|à� (Mil trescientos sesenta y siete con 42/100 dólares Americanos) y el

valor de la depreciación asciende a 5.469,70��|à� (Cinco mil cuatrocientos sesenta y

nueve con 70/100 dólares Americanos).

-179-

Ahora analizamos que la empresa invierte en producir cinco cerchas completas y 6

medias cerchas 75��|à� en 4 [h] de trabajo empleado; Entonces como se trabajan 4

días al mes entonces se producirán 32 cerchas en un costo de 300[USD], luego nos

proyectamos al año el valor de 3.600,00[USD].(Tres mil seiscientos dólares

Americanos).

A continuación detallamos el flujo de caja en la Tabla. 66

Tabla 66. Flujo de caja Ingresos y Egresos [USD]

Costo de construcción 6.837,12

Flujo de efectivo anual 3.600,00

Costo por operación y mantenimiento 1.331,40

Valor de salvamento 1.367,42

Fuente: Autores

A continuación se representa el flujo de caja en el diagrama de evaluación financiera

para 8 años de vida útil dándonos el siguiente diagrama.

Figura 128. Diagrama de evaluación financiera

Fuente: Autores

8.6 Cálculo del valor actual neto

El VAN (valor actual neto) está calculado a partir del flujo de caja anual elaborado

anteriormente, trasladando todas las cantidades futuras al presente originadas por una

-180-

inversión realizada, entonces para determinarposteriormente cuán factible es el proyecto

por medio del cálculo del TIR (tasa interna de retorno).

El cálculo de VAN se la realiza a partir de la siguiente ecuación:

��B � ��R � �� (90)

Dónde:

VAN: Valor Actual neto.

VAI: Valor anual de ingresos.

VAI: Valor anual de egresos.

Los valores del ��R y ��, se muestran en las siguientes expresiones:

��R � 3.600 È S�/�, �%, 8T \ 1.367,42 È S�/�, �%, 8T (91)

�� 6.837,12 \ 1.331,40 È S�/�, �%, 8T (92)

Se elabora una tabla del interés compuesto que se muestra a continuación.

Tabla 67. Interés compuesto �% �/� �/� �� ! ��"

5 0,7462 5,0757 19.292,90 13.594,90 5.698,00

10 0,5645 4,3553 16.451,00 12.635,80 3.815,20

15 0,4323 3,7845 14.215,30 11.875,80 2.339,50

20 0,3349 3,3255 12.429,70 11.264,70 1.165,10

25 0,2621 2,9514 10.983,40 10.766,60 216,80

30 0,2072 2,6427 9.797,00 10.355,60 -558,60

35 0,1328 2,1680 7.986,40 9.723,60 -1.737,20

40 0,0878 1,8244 6.687,90 9.266,10 -2.578,20

Fuente: Autores

A continuación se muestra la gráfica correspondiente.

Figura 129. Interés vs. VAN

8.7 Cálculo de la tasa interna de retorno

Para el cálculo del TIR pa

Dónde:

25%

Reemplazando los valores en la ecuación

Entonces nos respaldamos en la tasa de interés pasivas

Banco Central del Ecuador para más de 361 días en el año 2013 es de 5,35%.

-3000,0

-2000,0

-1000,0

0,0

1000,0

2000,0

3000,0

4000,0

5000,0

6000,0

7000,0

0 5

VA

N (

USD

)

-181-

Fuente: Autores

tasa interna de retorno

Para el cálculo del TIR partimos de la siguiente ecuación:


Entonces nos respaldamos en la tasa de interés pasivas efectivas vigente, dada por el

entral del Ecuador para más de 361 días en el año 2013 es de 5,35%.

5 10 15 20 25 30 35

INTERÈS ( %)

INTERÈS vs VAN

(93)

efectivas vigente, dada por el

entral del Ecuador para más de 361 días en el año 2013 es de 5,35%.

35 40 45

-182-

Comparamos el TIR (Tasa Interna de Retorno) con el interés pasivo efectivo vigente

que consta de 3 alternativas.

Si TIR < % vigente el proyecto no es aconsejable

Si TIR= % vigente el proyecto es indiferente

Si TIR > % vigente el proyecto es aconsejable

Como él (Tasa Interna de Retorno) TIR 26,4% es mayor que el porcentaje de interés de

las Tasas pasivas efectivas referenciales por el Banco Central del Ecuador vigentes

5.35% entonces el proyecto es aconsejable y viable para realizarlo, concluyendo que la

construcción de la máquina dobladora aportara positivamente a satisfacer la necesidad

de la empresa.

-183-

CAPÍTULO IX

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

9.1 Conclusiones

Se estudiaron las técnicas de doblado, los tipos de dobladoras y determinamos que la

mejor opción es la construcción de una dobladora por compresión y la fuerza de doblez

utilizada es la hidráulica.

Se describieron las funciones de los elementos que componen la dobladora para conocer

sus bondades.

Se diseñó los sistemas de sujeción y el mecanismo de curvado de la dobladora.

Se seleccionaron los elementos del sistema hidráulico, transmisión y eléctrico.

Se detallaron los materiales y el procedimiento como se realizó la construcción de la

dobladora.

Realizamos el curso grama del montaje de la dobladora con el fin de determinar el

tiempo total utilizado en la construcción de la máquina.

Se realizó las pruebas de funcionamiento de la dobladora y el análisis de los resultados

fueron los esperados.

Se elaboró el manual de operación y mantenimiento preventivo con el afán de llegar a

cumplir con la vida útil estimada de la dobladora.

Se realizó el estudio económico – financiero y determínanos que el proyecto es viable.

-184-

9.2 Recomendaciones

Revisar planos, cálculos, catálogos y manuales, para tomar una decisión adecuada al

momento de adquirir los materiales partes y piezas para la construcción de una

dobladora similar.

Recordar que antes de iniciar la jornada de trabajo se debe realizar una breve

inspección de la dobladora como: nivel de aceite, instalaciones eléctricas, limpieza del

riel de doblado, engrasado y aceitado de las partes móviles y además de llevar puestos

todos los EPPs recomendados.

Recordar que para realizar el mantenimiento preventivo o para reajustes delos

elementosacoplados se deben tomar en cuenta los manuales elaborados los cuales no

tiene ninguna complicación para poder ser manipulados por los operarios.

Verificar la distancia entre ejes de poleas con la correa ya montada y tensada, para que

la medición sea correcta se debe hacer girar las poleas cuatro o cinco vueltas a fin que la

correa encaje bien en la ranura.

Tomar muy en cuenta que es un síntoma de que existe un mal alineamiento entre poleas

cuando uno de los flancos de la correa está más desgastado que el otro, o que un lado

del canal aparece más pulido que el otro. Un ruido constante de la transmisión o un

calentamiento excesivo de los rodamientos son también síntomas de un mal

alineamiento entre poleas.

Verificar que la posición correcta de la correa sea aquella en la que su base mayor quede

por encima de la polea, lo cual va a asegurar un contacto continuo entre la ranura y los

flancos de la correa. En ningún caso la correa debe tocar el fondo del canal de la polea,

dado que de producirse, la correa empezaría a patinar, y esto provocaría su desgaste

inmediato.

Verificar que las poleas con canales muy gastados sean reemplazadas de inmediato,

dado que las correas pueden tocar el fondo del canal lo que terminaría “quemando” la

correa y perdería su capacidad de transmitir la potencia.

BIBLIOGRAFÍA

BUSTAMANTE, Héctor Daniel. 2010.Diseño y cálculo de una máquina curvadora de

perfiles. [En línea] 2010. [Citado el: 15 de 10 de 2013.]

http://cybertesis.ubiobio.cl/tesis/2010/bustamante_h/doc/bustamante_h.pdf.

CONTRALORIA GENERAL DEL ESTADO. Costo por mano de obra.[En línea]

[Citado el: 20 de Mayo de 2013.]

http://www.contraloria.gob.ec/documentos/SALARIOS%202013.pdf..

CURVA, man. 2013.Principios de curvado. [En línea] 10 de 11 de 2013. [Citado el: 10

de 11 de 2013.] http://www.curva-man.com/curvado.htm.

DIPAC. Perfiles metálicos. [En línea] [Citado el: 16 de Abril de 2013.] http://

www.dipacmanta.com.

FAIRES, M. 2003.Diseño de Elementos de Máquinas. Mexico : Limusa, 2003.

FERDINAND, B. 2007.Mecánica Vectorial para Ingenieros. Mexico : Mc GRAW

HILL, 2007.

GONZÁLEZ, Gonzalo. 1999.Elementos de Máquinas. Habana : s.n., 1999.

GUIADEBOMBAS. 2013.Bombas centrifugas. [En línea] 2013. [Citado el: 27 de 12 de

2013.] http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_centr%C3%ADfuga.

HAMROCK, B. 2000.Elementos de Máquinas. Mexico : McGraw - Hill, 2000.

HAMROCK, J. Bernard. 2009.Elementos de máquinas. Mexico : Mexicana,Reg.

Núm. 736, 2009.

HERRERA, Victor Manuel y VARGAS,Carlos Rolando. 2013.Diseño y

Construcción de un elevador electrohidráulico de baja altura para vehículos TESIS.

Riobamba : Facultad de Mecánica, 2013.

Ing. LÓPEZ, Gonzalo. 2012. [En línea] 2012. [Citado el: 25 de 11 de 2013.]

http://www.insia.upm.es..

INGEMECÁNICA. 2013.Sistemas de hidráulicos de transmisión y potencia. [En

línea] 28 de 12 de 2013. [Citado el: 28 de 12 de 2013.]

http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn212.html.

IPAC. 2013.Catálogo IPAC. [En línea] 23 de 11 de 2013. [Citado el: 23 de 11 de

2013.] http://www.ipac-acero.com.

IVANOV, M. N. 1984.Elementos de Máquinas. Moscú : s.n., 1984.

LARBURU, N. 2001.Máquinas, Prontuario: técnicas, máquinas herramientas.

Espana : Spain Paraninfo, 2001.

MORAN, I. 2006.Apuntes de Diseño de Elementos de Máquinas I. Ecuador : Espoch,

2006.

MOTT, Robert L. 2006.Diseño de elementos de máquinas. México : Cámara Nacional

de la Industria Editorial,Mexicana, 2006.

MOYARYA, Guillermo. 2013.Dobles de Tubos. [En línea] 10 de 11 de 2013. [Citado

el: 10 de 11 de 2013.] http://es.scribd.com/doc/174582767/Dobles-de-Tubos.

NTE INEN 1323 . 2009.Vehículos automotores. Carrocerías de buses. [En línea] 2009.

[Citado el: 10 de 10 de 2013.] https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.1323.2009.pdf.

SHIGLEY, Joseph. 2006.Mechanical Engineering Desing. United States of America :

McGraw - Hill Primis, 2006.

Sistem Cover. 2013.Carrocerías Metálicas. [En línea] 2013. [Citado el: 23 de 11 de

2013.] www.systemcover.com/descarga/33.doc .

VARGAS, Nestor. 2013. Medidores de presion.

http://todoingenieriaindustrial.wordpress.com. [En línea] 18 de 11 de 2013. [Citado el:

18 de 11 de 2013.] http://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/metrologia-y-

normalizacion/3-7-medidores-de-presion/.

WEG. Motores. [En línea] [Citado el: 14 de Marzo de 2013.] www.weg.net.

ANEXOS

ANEXO A Datos técnicos del tubo estructural cuadrado

ANEXO B

Datos técnicos del cilindro hidráulico

ANEXO C Datos técnicos del acero AISI 4340

ANEXO D Fotografías de la construcción de la máquina

PLANOS

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TESIS DE GRADO - dspace.espoch.edu.ecdspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/3707/1/15T00582.pdf · DOBLADORA SEMIAUTOMÁTICA DE TUBOS CUADRADOS DE 50X50X2MM UTILIZADOS COMO